2.3 Сумматоры Сумматоры предназначены для выполнения арифметических и логических операций над числами, представленными в двоичном, двоичнодесятичном и других кодах. Различают одноразрядные и многоразрядные, последовательные и параллельные сумматоры. В цифровых схемах применяются одноразрядные сумматоры на два (полусумматор) и на три входа (полный одноразрядный сумматор).
Логические функции, реализуемые полусумматором: S=A+B, P=AB, где: S — сумма; A, B — входы слагаемых; P — выход разряда переноса. Логические функции, реализуемые полным сумматором: S=A+B+C, P=AB+AC+BC, где: С — вход переноса для подключения сигнала переноса с сумматора предыдущего разряда. Полные сумматоры можно объединять в параллельные многоразрядные сумматоры. На рисунке 2.9 приведена схема двухразрядного сумматора ИС типа SN7482. Рисунок 2.9 – Функциональная схема двухразрядного сумматора типа SN7482
Положительным свойством такой реализации является отсутствие инверсных входов, что позволяет на небольшом числе выводов ИС увеличить ее функциональную сложность. Задержка формирования суммы при этом равна 2 τ ср , где τ ср – среднее время задержки одного логического элемента. На рисунке 2.10 приведено обозначение полного четырехразрядного сумматора — ИС типа К155ИМ3.
Антенные сумматоры
Рисунок 2.10 – Условно — графическое обозначение четырехразрядного сумматора К155ИМЗ 2.4 Контрольные вопросы 1 Дайте классификацию комбинационных схем. 2 Объясните отличительные особенности функционирования различных комбинационных схем. 3 Перечислите и опишите принципы построения дешифраторов, как на функциональном, так и на уровне логических элементов.
4 От чего зависят сложность и быстродействие дешифратора? 5 Перечислите и опишите принципы построения мультиплексоров на функциональном уровне. 6 От чего зависят функциональные возможности мультиплексоров? 7 Как производится подготовка стенда для выполнения практикума? 8 Каков порядок выполнения практикума? 9 Объясните принцип работы сумматора.
10 Как осуществляется синтез и анализ комбинационных схем? 11 Поясните, что такое состязания, как их можно выявить и устранить. 12 Объясните работу всех приведенных в описании практикума схем, их особенности. 13 Что представляет собой сумматор с ускоренным переносом?
2.5 Порядок выполнения практикума ВНИМАНИЕ! Соблюдайте правила техники безопасности при работе со стендом и приборами как с электрическими установками! Сетевое питание на стенд и питание на тестируемые схемы подавайте только после полного монтажа схемы и проверки монтажа преподавателем! Для выполнения практикума используется лабораторный стенд «Цифровая электроника» (описание см. в п. 1.6). При подготовке к практикуму в счет часов самостоятельной работы выполните следующее: а) получите от преподавателя вариант тестируемых микросхем на занятии, предшествующем данному практикуму (таблица 2.1); Таблица 2.1 – Типы тестируемых комбинационных ИС
| Вариант | Типы тестируемых микросхем |
| 1 | К155ИД3, К155 КП5, К155 ИМ3 |
| 2 | К155ИД4, К155КП1, К155ИМ3, К155КП2 |
| 3 | К155ИД4, К155КП2, К155ИМ3, К155КП7 |
б) изучите по основной и дополнительной литературе, приведенной в настоящем пособии основы построения и принципы действия следующих комбинационных схем: дешифраторов и шифраторов, демультиплексоров и мультиплексоров, сумматоров и компараторов цифровых сигналов; в) проработайте методические указания к настоящему практикуму; г) начертите эскизы схем включения всех предложенных к проверке микросхем, используя приведенные в справочниках общепринятые для выполнения электрических схем обозначения комбинационных элементов, источников питания, общих шин, клемм и проводников (см. также п. 2.7). Для проверки функционирования микросхем разработайте схему, в которой для задания кодовых комбинаций на управляющие входы дешифратора и мультиплексора или для задания пары чисел на сумматор (или компаратор) используются выходы двух четырехразрядных счетчиков, а для контроля состояния выходных сигналов микросхем применяются светодиоды; д) составьте для всех схем таблицы, иллюстрирующие работу полного четырехразрядного сумматора, дешифратора, мультиплексора, компаратора для различных кодов входных сигналов (таблица 2.2).
Таблица 2.2 – Пример заполнения фрагмента таблицы, иллюстрирующей работу четырехразрядного сумматора
Сумматор ВЧ сигналов (HYBRID COMBINER)
| Входные кодовые комбинации чисел | Выходные коды | Децималь- | ||||||||||||
| суммы чисел | ный | |||||||||||||
| C 0 | A 4 | A 3 | A 2 | A 1 | B 4 | B 3 | B 2 | B 1 | C 4 | S 4 | S 3 | S 2 | S 1 | эквивалент |
| суммы | ||||||||||||||
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | ||||||
При выполнении практикума в лабораторном классе: — представьте преподавателю заполненные таблицы, схемы включения и проверки функционирования, составленные при выполнении п.п. в), г), д), ответьте на контрольные вопросы и получите у преподавателя разрешение к проведению практикума; — вставьте в сокету стенда одну из испытуемых микросхем заданного варианта (таблица 2.1). С целью проверки алгоритма работы микросхемы проведите с помощью перемычек монтаж схемы, составленной при подготовке. Проверьте внимательно монтаж схемы и представьте его для проверки преподавателю или лаборанту. Обратите внимание, что на стенде младшие разряды левого счетчика расположены рядом с кнопкой «+1», а у правого счетчика рядом с кнопкой «Сброс»; — получите экспериментально таблицы, отражающие алгоритм работы тестируемой микросхемы, задавая поочередно на входы микросхемы выходные двоичные коды с двух счетчиков стенда и наблюдая отклики на выходе схемы с помощью светодиодов. Сравните экспериментальные таблицы истинности с составленными до проведения опыта. — измерьте мощность, потребляемую микросхемой; — демонтируйте схему, аккуратно сложите все проводники и компоненты и вместе со стендом и передайте лаборанту; — подготовьте отчет по практикуму и представьте его для защиты и получения зачета. — 2.6 Содержание отчета В отчете должны быть приведены: — теоретический материал в объеме, достаточном для успешной защиты выполненной практикума; — разработанные схемы и экспериментальные таблицы функционирования микросхем;
— результаты исследования схем в виде таблиц, раскрывающих алгоритм работы микросхем; — выводы по практикуму. 2.7 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения комбинационных логических схем Рисунок 2.9 — Условно — графические и буквенно — цифровые обозначения комбинационных схем
3 Практикум «Триггерные устройства» Практикум блока «Триггерные устройства» предназначен для изучения принципов построения, работы алгоритмов и методов анализа триггеров, счетчиков и регистров, выполненных по К-МОП и TTL технологиям. 3.1 Триггеры 3.1.1 Одноступенчатые триггеры Триггер — устройство с двумя устойчивыми состояниями, способное под воздействием внешнего управляющего сигнала осуществлять скачкообразный переход из одного устойчивого состояния в другое.
Состояние триггера и значение хранимой двоичной информации определяются прямым и инверсным выходными сигналами. Принято считать, что если на прямом выходе имеется единичный сигнал, то триггер находится в единичном (включенном) состоянии. При этом сигнал на инверсном выходе нулевой. В противном случае триггер находится в нулевом состоянии.
Триггеры классифицируются: — по способу синхронизации на асинхронные и синхронные; — по способу управления информацией различают триггеры со статическим, динамическим, одноступенчатым и многоступенчатым управлением; — по способу организации логических связей (функционирования) различают триггеры типа RS, D, JK, Т и др. В асинхронных триггерах изменения состояний происходят непосредственно при подаче сигналов на информационный вход (входы).
В синхронных (тактируемых) триггерах состояния изменяются при подаче на специально выделенный управляющий вход синхронизирующих (тактирующих) сигналов после изменения значений сигналов на информационных входах. Приняты следующие обозначения: — R (от англ. Reset — сброс) — раздельный вход установки триггера в состояние 0 (отключенное); — S (от англ.
Set — установка) — раздельный вход установки триггера в состояние 1 (включенное); — К (от англ. Kill — внезапное отключение) — вход раздельной установки универсального триггера в состояние 0 (отключено); — J (от англ. Jerk -внезапное включение) — раздельный вход установки универсального триггера в состояние 1; — D (от англ. Delay — задержка) — информационный вход установки триггера в состояние, соответствующее логическому сигналу на этом входе (0 либо 1); — Т (от англ. Toggle — релаксатор) — счетный вход триггера;
— С (от англ. Clock — источник сигналов синхронизации) — исполнительный управляющий (синхронизирующий) вход.
В вычислительной технике триггеры применяются в качестве элементов (ячеек) памяти в устройствах памяти, а также как базисные элементы построения различных узлов ЭВМ (счетчики, регистры и др.) В данном практикуме исследуются RS, D и JK-триггеры, построенные на базисных элементах И-НЕ. RS-триггер представляет собой устройство с двумя устойчивыми состояниями и двумя информационными входами R и S. Схема асинхронного (не синхронизируемого) RS-триггера на базисных элементах И-НЕ приведена на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1-Триггер RS-типа Триггер образован из двух логических элементов 2И-НЕ, соединенных так, что возникают положительные обратные связи. Допустим, что Q=1, q=0. При подаче R=1 и S=1 триггер остается в предыдущем состоянии, т.е. осуществляется режим хранения записанной ранее информации.
При одновременной подаче сигналов 0 на оба входа RS-триггер переходит в состояние 1-1, из которого попытка перехода в режим хранения одновременной подачей 1 на входы триггера приведет его в неустойчивое состояние, что не должно допускаться. В противном случае возможен сбой в работе других устройств, связанных с выходами данного триггера.
При подаче сигналов S=0 при R=1 или наоборот триггер устанавливается соответственно в «1» или «0». Синхронный RS-триггер. В практике эксплуатации дискретных устройств на входы их элементов сигналы не всегда поступают одновременно.
Это обусловлено тем, что входные сигналы устройства могут проходить до поступления через разное число логических элементов, не обладающих к тому же одинаковой задержкой. Эти явления неодновременных изменений входных сигналов называются состязаниями или гонками. В результате состязаний новые значения одних сигналов будут сочетаться с предыдущими значениями других, что может привести к ложным срабатываниям триггера, а поэтому и всего устройства, в которое он входит. Это отрицательное явление можно устранить путем стробирования. Для этого в триггере кроме информационных сигналов организуются тактирующие (синхронизирующие) импульсы. К
моменту прихода синхронизирующих сигналов информационные сигналы на входах триггера обычно успевают установиться. На рисунке 3.2 приведена схема синхронного однотактного RS-триггера на элементах И-НЕ, который кроме информационных входов S и R имеет вход синхронизации С. При С=1, триггер работает подобно асинхронному, при С=0 — сохраняет свое предыдущее состояние. Кроме того, триггер имеет асинхронные входы r и s, на которые подаются входные сигналы при С=0 с целью принудительной установки триггера в нужное состояние. В этом случае во время управления триггером, как синхронным устройством при С=1, на асинхронные входы должны подаваться сигналы 1. Необходимо подчеркнуть, что для обеспечения правильной работы синхронных триггеров информационные сигналы должны изменяться в течение паузы между синхроимпульсами, т.е. при С=0.
| Рисунок 3.2 — Синхронный | Рисунок 3.3 — Асинхронный |
| однотактный RS-триггер | D-триггер |
D-триггер является одним из широко употребляемых триггеров. В синхронных дискретных устройствах D-триггер реализует функцию временной задержки и имеет только режимы установки «1» и «0». В связи с этим асинхронный D-триггер (рисунок 3.3) обычно не применяется, т.к. его выход будет просто повторять входной сигнал. Синхронный D-триггер (рисунок 3.4), являясь однотактным, задерживает распространение входного сигнала на время паузы между синхроимпульсами (задержка на полпериода). Для задержки на период (на один такт) используется двухтактный D-триггер (рисунок 3.5).
| Рисунок 3.4-Синхронный | Рисунок 3.5- Двухтактный |
| D-триггер | D-триггер |
JK-триггер, однотактная схема которого с синхронным исполнением приведена на рисунке 3.6, отличается от RS-триггера структурно тем, что их входные элементы имеют обратную связь с выходов триггера. JK-триггеры, в случае J=K=1, инвертируют хранимую в них информацию (переключаются в противоположное состояние). Но при этом работают нестабильно, входя в режим генерации если входной сигнал для асинхронных триггеров больше по продолжительности, чем время срабатывания JK-триггера, а в синхронном — если синхроимпульс по продолжительности больше времени срабатывания триггера (что обычно и бывает). По этой причине в сериях базисных элементов содержатся только двухтактные (двухступенчатые) JK-триггеры. Рисунок 3.6- Синхронный JK-триггер На базе синхронного JK-триггера можно реализовать асинхронный и синхронный Т-триггер (счетный триггер), а также синхронные D-и RS-триггеры (рисунок 3.7).
Источник: studfile.net
Схема для сложения напряжений
При работе с аналоговыми сигналами часто требуется просуммировать сигналы с нескольких источников. Это требуется в режиссерский пультах, при работе нескольких передатчиков на одну антенну, при формировании полного сигнала из квадратурных составляющих. Сумматор — это устройство, формирующее на выходе напряжение или ток, пропорциональный сумме входных напряжений или токов.
Проще всего осуществить суммирование токов, согласно первому закону Кирхофа. Для этого в качестве источника входных сигналов следует применять генераторы тока. Тогда достаточно соединить выходы этих генераторов тока параллельно и мы осуществим суммирование аналоговых сигналов. Однако такое решение встречается достаточно редко. Чаще нам доступны источники напряжения, в этом случае преобразование напряжение-ток можно выполнить при помощи обыкновенных резисторов. Схема сумматора аналоговых сигналов, собранная на резисторах приведена на рисунке 1
Рисунок 1. Схема простейшего аналогового сумматора
В данной схеме резисторы R1 и R2 служат для преобразования источника напряжения в источник тока, поэтому чем больше сопротивления этих резисторов, тем лучше они будут справляться со своей задачей. Суммарный ток, вытекающий из точки соединения резисторов на общий провод, преобразуется в напряжение на резисторе R3. Следует отметить, что сопротивление резистора R3 будет оказывать влияние на точность преобразования напряжение-ток на резисторах R1 и R2. Чем меньше будет сопротивление резистора R3, тем меньше будет это влияние. Однако малое значение сопротивления R3 приводит к малым значениям суммарного напряжения на выходе схемы аналогового сумматора.
На высоких частотах важно обеспечить согласование сопротивления со всех сторон. При соединении двух источников сигнала их сопротивления соединяются параллельно, что приводит к рассогласованию с нагрузкой и появлению отражений сигнала от точки суммирования. Для согласования волновых сопротивлений в высокочастотном сумматоре на резисторах применяют последовательное соединение резисторов, как это показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема высокочастотного сумматора, собранная на резисторах
В этой схеме не показаны проводники с нулевым потенциалом, однако они обязательно должны присутствовать для протекания обратного тока. Для волнового сопротивления кабелей , применяемого в телевизионной технике, сопротивление резисторов в схеме должно быть , а для волнового сопротивления , применяемого в технике связи, сопротивление резисторов должно быть . В этом случае потери сигнала не превысят .
Приведенная на схема может служить как для суммирования сигналов, так и для распределения мощности нескольким приемникам, поэтому она может называться сплиттером (расщепителем) мощности. Подобное устройство обычно выполняется в виде отдельного, конструктивно законченного изделия. Один из вариантов конструктивного выполнения высокочастотного сумматора приведен на рисунке 3.
Рисунок 3. Внешний вид сумматора мощности
В схеме суммирования токов точность суммирования можно значительно увеличить, применив трансформатор. При трансформировании напряжения одновременно производится преобразование сопротивления. Повышающий трансформатор обладает малым входным сопротивлением и большим выходным сопротивлением. В результате можно значительно увеличить точность суммирования аналоговых сигналов.
Обычный трансформатор редко используется в схеме сумматоров аналоговых сигналов. Это связано с тем, что на низких частотах лучшими характеристиками обладает схема сумматора, реализованная на операционном усилителе, а на высоких частотах трудно изготовить качественный широкополосный трансформатор. Тем не менее схемы на высокочастотных трансформаторах широко используются для реализации телевизионных сумматоров. В них трансформаторы на длинных линиях обеспечивают достаточно высокую развязку между входами. Это позволяет обойтись без дополнительных аттенюаторов или усилилителей. Пример принципиальной схемы сумматора ТВ сигналов приведен на рисунке 4
Рисунок 4. Принципиальная схема двухканального телевизионного сумматора
В схеме ТВ сумматора, приведенной на рисунке 4, резистор R1 обеспечивает входное сопротивление 75 Ом (между входами получается дифференциальное сопротивление 150 Ом). Обмотки трансформатора, входящего в схему телевизионного сумматора, должны быть максимально идентичными. Конструктивное исполнение трансформатора приведено на рисунке 5.
Рисунок 5. Конструктивное исполнение трансформатора в сумматоре телевизионных сигналов
Для обеспечения волнового сопротивления диаметр провода выбирают длину трубок выбирают равной Пример конструктивного выполнения сумматора с развязкой входов между собой приведен на рисунке 6.
Рисунок 6. Сумматор с развязкой входов между собой
Так как схема приведенного устройства абсолютно симметрична относительно выхода, то она может быть использована в качестве сплиттера (делителя мощности) для подключения нескольких радиоприемников к одной антенне.
Сумматоры телевизионных сигналов строят и на фильтрах. Классическим примером является суммирование сигналов с антенн МВ и ДМВ диапазонов, которые достаточно далеко разнесены по частоте. Подобным же образом выполняются схемы сумматоров радиосигнала передатчиков различных диапазонов частот в схемах сотовых телефонов. Пример принципиальной схемы сумматора ТВ сигналов приведен на рисунке 6.
Рисунок 6. Схема сумматора ТВ сигналов с выхода антенн МВ и ДМВ диапазонов
В современных схемах все чаще в качестве трансформатора сопротивлений применяется фильтр низких частот (или полосовой фильтр) с низким входным и стандартным выходным сопротивлениями. В качестве генератора тока удобно использовать коллекторную цепь биполярного транзистора или стоковую цепь полевого транзистора. Этот вариант выходного каскада часто предлагается широкополосными интегральными микросхемами. В результате сумматор аналоговых сигналов образуется параллельным включением микросхем с токовым выходом, нагруженных на фильтр с низким входным сопротивлением. Подобная схема приведена на рисунке 7.
Рисунок 7. Схема широкополосного аналогового сумматора токов
Более известна схема сумматора аналоговых сигналов, построенная на операционном усилителе. Усилитель, конечно, может быть любой. Но именно операционный усилитель позволяет получить наилучшие качественные характеристики сумматора сигналов, амплитудно-частотная характеристика которого может начинаться от нулевой частоты (постоянного тока).
В данных схемах используется свойство параллельной обратной связи уменьшать входное сопротивление усилителя. За счет большого коэффициента усиления операционного усилителя входное сопротивление практически равно нулю. Поэтому развязка между каналами получается практически идеальной. Схема сумматора сигналов на операционном усилителе приведена на рисунке 8.
Рисунок 8. Схема сумматора сигналов на операционном усилителе
В схеме сумматора, выполненного на операционном усилителе, также как и в схеме резистивного сумматора, приведенной на рисунке 1, весовые коэффициенты суммирования зависят от соотношения резисторов R1 и R2. При проектировании сумматора с одинаковыми весовыми коэффициентами по входам 1 и 2, номиналы сопротивления резисторов R1 и R2 выбирают одинаковыми. Отношения сопротивлений резисторов R1 и R3 определяют абсолютное значение коэффициента передачи сумматора по входу 1. При этом коэффициент передачи может быть как больше единицы (схема обладает усилением), так и меньше единицы (схема ослабляет сигнал).
При суммировании сигналов с очень низкой частотой, близкой к постоянному току, в схему может быть добавлено сопротивление между инвертирующим входом дифференциального каскада ОУ и общим проводом схемы. Оно предназначено для компенсирования влияния входного тока операционного усилителя на выходное напряжение. Сопротивление этого резистора рассчитывается как параллельное соединение резисторов R1, R2 и R3.
Дата последнего обновления файла 01.05.2018
Понравился материал? Поделись с друзьями!
- Шило В. Л. «Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре» под ред. Е.И. Гальперина — М.: «Сов. радио» 1974
- Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника — М.: ДМК Пресс, 2008
- Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники — М.: Мир, 1998
- Сумматоры сигналов (http://ruslan-kv.chat.ru/)
- ООО «Технологии Радиосвязи» Делитель/сумматор 70/140 МГц 1/2 ТИШЖ.468523.016
Вместе со статьей «Сумматоры сигналов» читают:
Схемы усреднителя и сумматора
Если мы возьмем три одинаковых резистора и подключим один конец каждого из них к общей точке, а затем подадим три входных напряжения (по одному на каждый из свободных концов резисторов), напряжение, наблюдаемое в общей точке, будет равно среднему арифметическому этих трех напряжений.
Схема «пассивного усреднителя»
Эта схема действительно не что иное, как практическое применение теоремы Миллмана:
Эта схема широко известна как пассивный усреднитель, поскольку она создает среднее напряжение без усилительных компонентов. Пассивный просто означает, что эта схема без усиления. Большое уравнение справа от схемы усреднителя исходит из теоремы Миллмана, в которой описывается напряжение, создаваемое несколькими источниками напряжения, соединенными друг с другом через отдельные сопротивления. Поскольку три резистора в схеме усреднителя равны друг другу, мы можем упростить формулу Миллмана, записав R1, R2 и R3 просто как R (одно, одинаковое сопротивление вместо трех отдельных сопротивлений):
Если мы возьмем пассивный усреднитель и используем его для подключения трех входных напряжений к схеме усилителя на операционном усилителе с коэффициентом усиления 3, мы сможем превратить эту функцию усреднения в функцию сложения. Результат называется схемой неинвертирующего сумматора:
Схема неинвертирующего сумматора на операционном усилителе
С делителем напряжения, состоящим из комбинации 2кОм/1кОм, схема неинвертирующего усилителя будет иметь коэффициент усиления по напряжению 3. Принимая напряжение от пассивного усреднителя, которое представляет собой сумму V1, V2 и V3, деленную на 3, и умножая это среднее арифметическое на 3, мы приходим к выходному напряжению, равному сумме V1, V2 и V3:
То же самое можно сделать и с инвертирующим усилителем на операционном усилителе, используя пассивный усреднитель в качестве части схемы делителя обратной связи. Результат называется схемой инвертирующего сумматора:
Схема инвертирующего сумматора на операционном усилителе
Теперь, когда правые стороны трех усредняющих резисторов соединены с точкой виртуальной земли инвертирующего входа операционного усилителя, теорема Миллмана больше не применяется так, как раньше. Напряжение на виртуальной земле теперь удерживается отрицательной обратной связью ОУ на 0 вольт, тогда как раньше оно свободно доходило до среднего значения V1, V2 и V3. Однако, при всех значениях резисторов, равных друг другу, токи через каждый из трех резисторов будут пропорциональны их соответствующим входным напряжениям. Поскольку эти три тока будут складываться в узле виртуальной земли, алгебраическая сумма этих токов через резистор обратной связи будет создавать напряжение на Vвых, равное V1 + V2 + V3, за исключением обратной полярности. Изменение полярности – это то, что делает эту схему инвертирующим сумматором.
Схемы сумматоров весьма полезны дя аналогового компьютерного проектирования, так же как и схемы умножителя и делителя. Опять же, чрезвычайно высокий дифференциальный коэффициент усиления операционного усилителя позволяет нам строить эти полезные схемы с минимальным количеством компонентов.
Источник: plastep.ru
Сумматоры: определения, классификация, уравнения, структуры и применение
С первого взгляда схема может показаться достаточно сложной, но на печатной плате все выглядит иначе, деталей действительно много, но вся сборка при наличии всех компонентов отнимет не более 30 минут.
БЛОК ЗАЩИТЫ – защитит сабвуферную головку, если усилитель по каким-то причинам выйдет из строя. При подаче питания на усилитель, защита включается с небольшой задержкой. Реле – любое на 10 и более Ампер. Используемые транзисторы можно заменить на отечественные, силовой транзистор использован более мощный.
Во время работы наблюдался небольшой перегрев, поэтому было решено укрепить его на небольшой теплоотвод. Схема блока защиты нарисована вместе со схемой преобразователя напряжения, чтобы не возникла путыница с подключением. При включении схемы защиты, реле замыкает контакты включая головки, если же на выходе усилителя будет постоянное напряжение, то реле размыкается сохраняя головку. Подключение всех блоков на рисунке:
БЛОК СТАБИЛИЗАЦИИ – стабилизирует напряжение до нужного уровня, для питания блока ФНЧ. на выходе обеспечивается напражение +/-15 вольт. Это по сути двухполярный стабилизатор, стабилитроны любые на 15 вольт, желательно с мощностью 1 ватт. Транзисторы служат усилителем, затем напряжение поступает на двухполярный стабилизатор. На общей плате стабилизаторов есть также отдельный стабилизатор для запитки блока индикаторов выходного сигнала. Перегрев этого блока – нормальное явление, даже на холостом ходу все активные компоненты теплые, но если перегрев очень сильный, то следует использовать теплоотводы, или разместить блок так, чтобы он находился под отдувом. Принципиальная схема блока стабилизации показана на общей схеме преобразователя:
ИНДИКАТОР ВЫХОДНОГО СИГНАЛА – собран на двух операционных усилителях. На выходе использовано 8 светодиодов, светодиоды можно использовать буквально любые, которые под рукой. Данный индикатор работает в режиме «столб». Принципиальная схема:
Индикатор выходного сигнала подключается напрямую к выходу усилителя. Светодиоды смонтированы на отдельной плате, которая прикреплена к передней части корпуса усилителя. Индикатор аудио сигнала и блок защиты смонтированы на общей плате.
После сборки всех комплектующих блоков, можно и приступить к монтажу усилителя, точнее нескольких УМЗЧ – сабвуфера и 4-х каналов, но об этом в следующей главе. Автор – АКА.
Обсудить статью САМОДЕЛЬНЫЙ УНЧ – ФНЧ, СУММАТОР, СТАБИЛИЗАТОР И БЛОК ЗАЩИТЫ
Теория создания вечного двигателя – правда или вымысел?
↑ Схема и её работа
Устройство содержит сумматор (левый+правый), фильтр инфранизких частот (SUBSONIC), перестраиваемый фильтр низких частот (ФНЧ), регулятор фазы и уровня выходного сигнала. Поскольку сабвуфер должен воспроизводить НЧ-составляющие из обоих стереоканалов, на входе стоит сумматор, который суммирует сигналы обоих каналов в один единственный. После этого сигнал фильтруется, отрезаются частоты ниже чем 16Гц и выше чем 300Гц. Потом регулируемый фильтр НЧ с перестройкой от 35Гц до 150Гц. И на выходе плавный регулятор фазы для лучшего согласования сабвуфера с акустикой и регулятор громкости.
Я уже много рассказал здесь о том, как можно услышать спутники, как можно сделать антенну специально для этого, и, конечно, тут же рассказал, что нет пределов фантазии человеческой в части приспособлений для улучшения уровня сигналов принимаемых со спутников. Тут на сайте, в разделе «Азы космического радио» я описывал не одну конструкцию хитроумных антенн, улучшающих качество приёма. Однако, если вы посещаете и другие сайты этой тематики, то наверняка видели огромные антенные системы, где антенны объединены в ряды и по горизонтали и по вертикали….
Делается это с целью сложения очень слабых электрических сигналов со многих одиночных антенн на один кабель, который и подключен к нашему приёмнику. Но просто так соединить кабеля не получится. Сигналы нужно складывать так, чтобы они при сложении усиливались, а не ослабевали, то есть складывать их синфазно.
Синфазно – это значит, что колебания (максимумы и минимумы) должны совпадать во времени, по фазе. Вот тут и начинаются проблемы. А как складывать их, сигналы, если их максимумы и минимумы не совпадают? Если длины волн у них разные? Ответ один – никак.
Поэтому главная проблема при сложении сигналов с нескольких антенн – разбежность частот сигналов. Или попросту говоря складывать можно только сигналы близкие по частоте. Для нас, радиолюбителей означает, что только на одном диапазоне. Это первое. Второе, не менее важное правило, которое нужно помнить: антенны должны находится на определённом расстоянии одна от другой, чтобы получить совмещение синусоид радиоволн. Вот таблица, в которой показано какое максимальное усиление можно получить, если располагать антенны на определённом расстоянии одна от другой (в данном случае для диапазона 2 метра)
Из таблицы видно, что максимальное усиление может достигать почти 2,5 дБ, но этот максимум совсем не на расстоянии в одну длину волны, а около 0,6 длинны волны. Или 5/8. (обратите внимание на то что расстояние в дюймах, лень было перерисовывать картинку, она из QST : — ) Это связано с тем, что сигналы в точку сложения попадают, пройдя еще и кабель. Или кабели.
И вот тут мы точно увидим, что дело это не простое. Мы уже точно знаем, что очень важно, чтобы волновое (комплексное) сопротивление антенн было равным волновому сопротивлению линии передачи до приёмника (передатчика). Только в этом случае приём будет наилучшим.
А в случае суммирования сигналов, аналогично закону Ома, общее сопротивление, например двух антенн, будет в два раза меньше. А величина волнового сопротивления кабеля снижения к приёмнику остаётся прежней – 50 ом. Совершенно очевидно, что надо применять специальные меры, чтобы сложить сигналы на одну нагрузку – кабель снижения. Но наука эту проблему давно решила.
Есть достаточно сложные способы, а есть попроще, но от этого не менее эффективные. Начнём, конечно, с простого: соединим две антенны. Предположим у нас есть две антенны. Пусть это будут две простые коллинеарные антенны. Хотя с точки зрения объединения антенн важны только их сопротивления.
Это почти всегда 50 Ом. Точно так же можно объединить любые другие антенны, лишь бы они были одинакового сопротивления и расположены на нужном расстоянии одна от другой. Например, мы хотим иметь максимальный сигнал в направлении областного репитера.
Располагаем две антенны в одну линию, направленную на репитер, отмеряем расстояние между ними равное 0,6 длинны волны, в нашем случае это 1240 мм, и, очень важно, отмеряем два совершенно одинаковых отрезка 50-ти Омного кабеля, позволяющие свести их концы в одном месте. То есть немного больше чем половина расстояния между антеннами. Если мы сможем найти T-образные тройники – хорошо.
Если нет, не беда. Кабели просто распаиваются и заливаются каким-либо компаундом, можно даже обыкновенным герметиком. Далее существует два способа. Первый – соединить оба кабеля между собой и применить трансформатор сопротивлений из двух параллельно распаянных отрезков 75-ти Омного кабеля длинной в четверть волны на рабочей частоте. Это 515 мм, но не забываем про коэффициент укорочения (для стандартного RG-59 К=0,66) и получаем величину в 340 мм. Рисунок А
Это – низкоомный вариант. Особенности: несколько меньший коэффициент усиления системы, но вместе с тем меньшее количество помех (и шума). Второй вариант – трансформация в сторону увеличения волнового сопротивления и последующего его преобразования к 50-ти Омному сопротивлению кабеля снижения.
Четвертьволновой отрезок 75-омного кабеля включенный после отрезка кабеля в 50 Ом трансформирует волновое сопротивление в 110 Ом. Соединяя два таких сопротивления паралельно снова получаем 50 Ом. Рисунок B. В данном случае особенности противоположного значения, и, несколько более выгодная конфигурация – тройник только один. И его можно заменить обычной пайкой.
Не забудьте, что длины 50-ти омных отрезков от антенн должны быть одинаковыми. А если мы по прежнему хотим сохранить круговую диаграмму направленности? Нет ничего проще: разносим антенны на
Придётся выбрать другие антенны. Например, уже описанные выше квадрифилярные. Но, на самом деле эти антенны можно (и нужно) суммировать в систему 2+2 х 2+2. Это значит две вертикально фазированные антенны плюс две такие же, но фазировать будем уже 2 по 2 и горизонтально. Дело в том, что спутники, по крайней мере те, что интересны нам, всегда летают под углом к экватору.
То есть диаграмма направленности нашей спутниковой системы антенн вытянутая вдоль экватора более предпочтительная. А как соединить в один два 50-ти Омных кабеля с сигналами мы уже знаем.
Принцип закона Ома можно использовать и далее. Например очень удобно складывать сигналы с полуволновых петлевых вибраторов. Сопротивление каждого равно 292 Ома. Почти 300 Ом. Если просто поделить его на 6, то получим величину очень близкую к волновому сопротивлению кабеля — 48,666(6). При этом КСВ составит 1,03, что нас вполне устраивает.
Для простого объединения шести полуволновых вибраторов в одну антенну их следует соединить 50-ти омными отрезками равной длинны кратными полуволне. То есть, если описывать это языком науки длинна равно 2N+1, где N — динна полуволны на рабочей частоте. Дело в том, что менно такой длинны отрезок точно передаёт сопротивление с одной стороны на другую.
Все кабели соединяются в одной точке и туда же припаивается кабель снижения. Конечно, лучше использовать какое-нибудь коммутирующее устройство. Например коробку антенного разветвителя. Или самодельную конструкцию, дающую механическую прочность и защиту от попадания влаги.
Ну и, уж коли разговор зашёл о практической конструкции, следует помнить, что вибраторы крайне желательно симметрировать. Например так, как показано на рисунке. Точка Б — точка нулевого потенциала, возможное место крепления вибратора к несущей кострукции, мачте, например. Но если мачта металлическая, то вибраторы следует располагать на расстоянии от мачты не ближе чем четверть волны. Иначе резонанс вибраторов сильно сместится вверх — возможно даже на несколько мегагерц.
Существует способ сложения сигналов от антенн не на коаксиальных отрезках, тоесть широкополосный. На ШПТ(л). Но это другая статья, хоть и по теме Теперь мы вооружены познаниями для того чтобы попробовать улучшить параметры своего радиоцентра.
Способы развязки аналогового сигнала
Небольшой обзор. Существует три основных способа гальванической развязки аналогового сигнала: трансформаторный, оптический и конденсаторный. Первые два нашли наибольшее применение. На сегодняшний день существует целый класс устройств, которые называются изолирующие усилители или развязывающие усилители (Isolated Amplifier). Такие устройства передают сигнал по средствам его преобразования (в схеме присутствует модулятор и демодулятор сигнала).
Рис.1. Общая схема изолирующих усилителей.
Есть устройства как для передачи аналогового сигнала по напряжению (ADUM3190, ACPL-C87), так и специализированные, для подключения непосредственно к токовому шунту (SI8920, ACPL-C79, AMC1200). В данной статье мы не будем рассматривать дорогие устройства, однако перечислим некоторые из них: iso100, iso124, ad202..ad215 и др.
Существует также другой класс устройств – развязывающие оптические усилители с линеаризующей обратной связью (Linear Optocoupler) к этим устройствам относятся il300, loc110, hcnr201. Принцип действия этих устройств легко понять, посмотрев на их типовую схему подключения.
Рис.2. Типовая схема для развязывающих оптических усилителей.
Подробнее о развязывающих усилителях вы можете почитать: А. Дж. Пейтон, В. Волш «Аналоговая электроника на операционных усилителях» (глава 2), также будет полезен документ AN614 «A Simple Alternative To Analog Isolation Amplifiers» от silicon labs, там есть хорошая сравнительная таблица. Оба источника есть в интернете.
История
- 1623 год и 1624 год — Вильгельм Шиккард в двух письмах Кеплеру описывает считающие часы
, в которых одной из трёх главных частей был механический десятичный 6-ти разрядный сумматор[2]. - 1645 год — Паскаль создал механическую суммирующую машину «Паскалину» с механическим десятичным сумматором.
- 1673 год — Лейбниц создал механический калькулятор, в котором был механический цифровой десятичный сумматор на механическом счётчике.
- 1938 год — в телефонной компании Bell Laboratories создали первый электронный двоичный сумматор, автором идеи был Джордж Штибиц.[3]
Сумматор телевизионных сигналов изображения и звука
СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ А 9) Я РЕСПУБ 4(5) ИС ИЗОБРЕТЕНИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ 21 напрэтомтрехд вого НО со тор, децибстной с яразвя к балла- ющийчения лов изоб. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57)СУММАТОР ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ И ЗВУКА, содержащий первый и второй трехдецибельныеавленные ответвнтели (НО), привторые плечи первого и второго .ецибельных НО соединены черезпервый резонатор, третьи. плечи пери второго трехдецибельныхединеиы через второй резонаа четвертое плечо второго трехельного НО присоединенонагрузке, о т л и ч атем, что, с целью увелизки между входами сигна ражения и звука, первый трехдецибель;ный НО выполнен в виде третьего ичетвертого НО с длиной областисвязи, равной четверти длины волны несущей изображения или звука,которые последовательно соединенычерез отрезки линий с электрическойдлиной, равной трем четвертям длиныволны несущей изображения или звука, второйтрехдецибельный НО выполнен в виде пятого н шестого НОс длиной области связи, равнойчетверти длины волны несущей изображения нли звука, которые последовательно соединены через отрезки линий с электрической длиной,равной четверти длины волны несущейизображения или звука, при этомчетвертое плечо четвертого НО является входом сигнала изображения,первое плечо пятого НО — входом сигнала звука, а первое плечо третьего НО — выходом сумматора.Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в телевизионных системах,Наиболее близким техническим решением к иобретению является 5 сумматор телевизионных сигналов изображения и звука, содержащий первый и второй направленные ответвители (НО), при этом вторые плечи первого и второго НО соединены через 1 О первый резонатор, третьи плечи перво. го и второго трехдецибельного НО соеди иены через второй резонатор, а четвертое плечо второго трехдецибельного НО присоединено к балластной нагрузке 1 .Однако известный сумматоробеспечивает хорошую развязку между передатчиком звука и передатчиком изображения только на однойчастоте.Цель изобретения » увеличениеразвязки между входами сигналовизображения и звука.Поставленная цель. достигаетсятем, что в сумматор телевизионныхсигналов изображения и звука, содержащий первый и второй трехдецибельные НО, при этом вторые плечипервого и второго трехдецибельных ЗОНО соединены через первый резонатор, третьи плечи первого,и второго трехдецибельных НО соединенычерез второй резонатор, а четвертоеплечо второго трехдецибельного НО 35присоединено к балластной нагрузке,первый трехдецибельный НО выполненв виде третьего и четвертого НО сдлиной области связи, равной четверти длины волны несущей изображения или звука, которые последовательно соединены через отрезки линий с электрической длиной, равнойтрем четвертям длины волны несущейизображения или звука, второй . 4трехдецибельный НО выполнен в виде пятого и шестого НО с длинойобласти связи, равной четвертидлины волны несущей изображенияили звука, которые последовательно сое динены через отрезки линий с электрической длиной, равной четверти длины волнынесущей иэображения или звука; приэтом четвертое плечо четвертого НОявляется входом сигнала .изображе- Иния, первое плечо пятого НО — входом сигнала звука, а первое плечотретьего НО — выходом сумматора,На чертеже приведена структурнаясхема предлагаемого сумматора. Сумматор телевизионных сигналовизображения и звука содержит первый1 и второй 2 резонаторы, первый трехдецибельный НО, выполненный в виде. третьего 3 и четвертого 4 НО, которые последовательно соединены через отрезки линии 5, второй трехдецибельный НО выполнен в видепятого 6 и шестого 7 НО, которыепоследовательно соединены черезотрезки линий 8, и баллансную.нагрузку 9. Четвертое плечо четвертого НО 4 является входом 10сигнала изображения, первое плечопятого НО 6 — входом 11 сигналазвука, а первое плечо третьего НО 3 выходом 12.сумматора,Сумматор работает следующимобразом.Сигналы, поступающие на вход 10и вход 11, отраженные от резонаторов 1 и 2, проходят на выход 12без искажений так как длины третьего3 и четвертого 4, пятого 6 и шестого 7 НО выбраны равными четвертидлины волны несущей изображения илизвука. Использование попарно включенных третьего 3 и четвертого 4 НОи пятого 6 и 7 шестого НО получает для каждой пары результирующийкоэффициент ответвления, равный 3 мдБ 1.ри существенно более слабой свя-зи в каждом отдельно взятом третьем3, четвертом 4, пятом 6, шестом 7 НО,что позволяет упростить их физическую реализацию и повысить электрическую прочность, Попарно соединенные третий 3 и.четвертый 4 НО и пятый 6 и шестой 7 НО, каждый из которых имеет электрическую длину, равную четверти длины волны несущейизображения, или звука при длинахотрезков 8, равных четверти длиныволны несущей изображения или звука,и отрезков 5, равных трем четвертям длины волны изображения или звука, работают как трехдецибельные НО .ЯпъзъыдС длинамиу равпйми 4 и — + — .где Я. — длина волны несущей иэображения соответственно, и на несущей звуковой частоты, в смысле фазовых соотношений, близкой к частотенесущей изображения, обеспечивают получение разностей фаз между прошедшими и ответвленными напряженияи » 3 фвйи, равных соответственно — и2Заказ 4113/55 Тираж 872 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-,35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП «Патент», г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Следовательно, составляющие сигнала, проникающие от входа 11 сигнала звука на выход 12 (как.и от входа 1 О сигнала изображения на вход 11 сигнала звука), равны по амплитуде и противофазны на любой частоте.Таким образом, на частоте несущей изображения сигнал полностью поступает на выход 12, не отражаясь в сторону входа 10 и независимо от1 О частоты (при любом значении коэффициента ответвления), и вся мощность от передатчика поступает в общую нагрузку, Это имеет большое значение, так как с одной стороны сигна 15 лы изображения значительно превосходят по мощности сигналы звука и их следует передавать с минимальными потерями,а с другой стороны именно на частоте несущей звука резонаторы 1 и 2 не обладают селективностью, при этом помехи от звука на изображении воспринимаются гораздо сильней, чем наоборот.Йспользование предлагаемого сумматора в телевизионных радиостанциях значительно улучшит. развязку между передатчиком звука и изображения независимо от частоты, улучшит условия прохождения сигнала иэоб ражения в общую нагрузку и увеличит электрическую прочность сумматора.
Смотреть
Микросхема трансформаторной развязки сигнала
Перейдем к трансформаторному варианту. Микросхема ADUM3190 в двух вариантах на 200 и 400 кГц (у меня на 400 — ADUM3190TRQZ), также есть микросхема на более высокое напряжение изоляции ADUM4190. Замечу, корпус самый маленький из всех – QSOP16. Выходное напряжение Eaout от 0.4 до 2.4В. В моей микросхеме выходное напряжение смещения около 100мВ (видно на осциллограмме рис. 18).
В целом работает неплохо, но лично меня несовсем устраивает выходной диапазон напряжения. Собрано по схеме из документации:
Рис.17. Схема ADUM3190 из документации.
Рис.18. Осциллограмма переходного процесса ADUM3190.
Источник: grintsovsky.ru