Коммутатором называют устройство, позволяющее коммутировать (включать или переключать) электрические сигналы. Аналоговый коммутатор предназначен для коммутации аналоговых, т. е. изменяющихся по амплитуде во времени сигналов.
Отмечу; что аналоговые коммутаторы с успехом можно применять и для коммутации цифровых сигналов.
Обычно состоянием «включено/выключено» аналогового коммутатора управляют подачей управляющего сигнала на управляющий вход. Для упрощения процесса коммутации для этих целей используют цифровые сигналы:
♦ логическая единица - ключ включен;
♦ логический ноль - выключен.
Чаще всего уровню логической единицы отвечает диапазон управляющих напряжений, лежащих в пределах от 2/3 до 1 от напряжения питания микросхемы коммутатора, уровню логического нуля - зона управляющих напряжений в пределах от 0 до 1/3 от напряжения питания. Вся промежуточная область диапазона управляющих напряжений (от 1/3 до 2/3 от величины напряжения питания) соответствует зоне неопределенности. Поскольку процесс переключения носит, хотя и неявно выраженный, пороговый характер, аналоговый коммутатор можно рассматривать по отношению к входу управления как простейший .
Основными характеристиками аналоговых коммутаторов являются:
К числу недостатков переключателя можно отнести то, что предель-
При включении генератора оба ключевых элемента микросхемы разомкнуты. С2 через R5 заряжается до напряжения, при котором ключ DA1.1 включается. На резистивный делитель R1-R3 подается напряжение питания; С1 заряжается через R4, R3 и часть потенциометра R2. Когда напряжение на его положительной обкладке достигнет напряжения включения ключа DA1.2, произойдет разряд обоих конденсаторов, и процесс их заряда- разряда будет периодически повторяться.
Для проверки исправности элементов световой индикации необходимо кратковременно нажать кнопку SA1 «Тест».
При работе на индуктивную нагрузку (электромагниты, обмотки и т. п.) для защиты выходных транзисторов микросхемы вывод 9 микросхемы следует подключить к шине питания, как показано на рис. 23.26.
Рис. 23.24. Структурная Рис. 23.26. включения микросхемы
микросхемы ULN2003A (ILN2003A) (JLN2003A при работе на индуктивную нагрузку
UDN2580A содержит 8 ключей (рис. 23.27). Она способна работать на активную и индуктивную нагрузку при напряжении питания 50 В и максимальном токе нагрузки до 500 мА.
Рис. 23.27. Цоколевка и эквивалентная микросхемы UDN2580A
UDN6118A (рис. 23.28) предназначена для 8-и канального ключевого управления активной нагрузкой при максимальном напряжении до 70(85) В при токе до 25(40) мА. Одна из областей применения этой микросхемы - согласование низковольтных логических уровней с высоковольтной нагрузкой, в частности, вакуумными флуоресцентными дисплеями. Входное напряжение, достаточное для включения нагрузки - от 2,4 до 15 В.
Совпадают с микросхемами UDN2580A по цоколевке, а по внутреннему строению с микросхемами UDN6118A другие микросхемы этой серии - UDN2981 - UDN2984.
Рис. 23.29. Строение и цоколевка микросхемы аналогового мультиплексора ADG408
Рис. 23.28. Цоколевка и эквивалентная микросхемы UDN6118А
Аналоговые мультиплексоры ADG408!ADG409 фирмы Analog Device можно отнести к управляемым цифровым кодом многоканальным электронным переключателям. Первый из мультиплексоров (ADG408) способен переключать единственный вход (выход) на 8 выходов (входов), рис. 23.29. Второй (ADG409) - переключает 2 входа (выхода) на 4 выхода (входа), рис. 23.30.
Максимальное замкнутого ключа не превышает 100 Ом и от напряжения питания микросхемы.
Микросхемы могут питаться от двух- или однополярного источника питания напряжением до ±25 В, соответственно, коммутируемые сигналы по знаку и амплитуде должны укладываться в эти диапазоны. Мультиплексоры отличаются малым потреблением тока - до 75 мкА. Предельная частота коммутируемых сигналов - 1 МГц.
Сопротивление нагрузки - не менее 4,7 кОм при ее емкости до 100 ηФ.
Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. - СПб.: Наука и Техника, 2013. -352 с.
Вывод напрашивается сам: нужно превратить наш однолучевой осциллограф в двухлучевой-тогда на каждом луче можно наблюдать свой сигнал. Устройства, позволяющие осуществить подобное желание, называют электронным коммутатором. С некоторыми вариантами электронного коммутатора мы и познакомимся.
Итак, электронный коммутатор. Он подключается к входному щупу осциллографа, а исследуемые сигналы поступают на входы (их два) коммутатора. С помощью электроники коммутатора сигналы с каждого входа поочередно подаются иа осциллограф. Но линия развертки осциллографа для каждого сигнала смещается: для одного сигнала, окажем, первого канала, - вверх; для другого (второго канала) - вниз. Иначе говоря, коммутатор «рисует» на экране две линии развертки, на каждой из которых виден свой сигнал. В итоге появляется возможность визуально сравнивать сигналы по форме и амплитуде, что позволяет проводить самые разнообразные испытания аппаратуры, выявлять каскады, вносящие искажения.
Правда, линии разверток теперь не сплошные, как у однолучевого осциллографа, а прерывистые, составленные из черточек, подаваемых импульсами на вход осциллографа с электродного коммутатора. Но частота следования импульсов сравнительно большая- 100 кГц, поэтому разрывов в линиях развертки глаз не замечает, и они смотрятся, как непрерывные.
Вот теперь, когда вы получили некоторое представление о принципе работы электронного коммутатора, пора познакомиться с первым вариантом его схемы - она приведена на рис. 24. Исследуемые сигналы подают на зажимы ХТ1, ХТ2 (это первый канал) и ХТ5, ХТ6 (второй канал). Параллельно каждой паре зажимов подсоединены переменные резисторы R1 и R10-регуляторы уровня сигнала, поступающего в итоге на вход осциллографа.
С движка каждого резистора сигнал подается через развязывающий (по постоянному току) оксидный конденсатор на усилительный каскад, выполненный на транзисторе VT1 для первого канала и VT2 для второго. Нагрузка обоих каскадов общая - резистор R6. С него сигнал поступает (через зажимы ХТЗ и ХТ4) на вход осциллографа.
Усилительные каскады коммутатора работают поочередно - когда открыт транзистор первого канала, транзистор второго закрыт, и наоборот. Поэтому на нагрузке появляется поочередно сигнал либо источника, подключенного к зажимам первого канала, либо источника, подключенного к зажимам второго канала.
Поочередное включение каскадов осуществляет мультивибратор, выполненный на транзисторах VT3 и VT4, к коллекторам которых подключены эмиттерные цепи транзисторов усилительных каскадов.
Как вы знаете, во время работы мультивибратора его транзисторы поочередно открываются и закрываются. Поэтому, когда открыт транзистор VT3, через его участок коллектор-эмиттер оказывается соединенным с общим проводом (плюс источника питания) резистор R4, а значит, подано питание на транзистор VT1 первого канала. При открывании же транзистора VT4 питание подается на транзистор VT2 второго канала. Переключаются каналы с достаточно большой частотой - около 80 кГц. Она зависит от номиналов деталей времязадающих цепей мультивибратора -C3R12 и C4R13.
Но даже поочередное включение усилительных каскадов еще не обеспечивает две линии развертки, и оба сигнала будут видны на одной линии, правда, в таком хаотическом виде, что различить их практически не удастся. Нужно задать каждому каскаду свой режим работы по постоянному току. Для этого и введен переменный резистор R5 («Сдвиг»), с помощью которого можно изменять ток базовой цепи транзистора. К примеру, при перемещении движка резистора в сторону левого, по схеме, вывода ток базы транзистора VT1 будет возрастать, a VT2 падать. Соответственно будет возрастать и ток коллектора транзистора VT1, а значит, падение напряжения на общей коллекторной нагрузке (резисторе R6), «когда открыт транзистор. Иными словами, на резисторе R6 при открытом транзисторе VT1 будет одно напряжение, а при открытом транзисторе VT2- другое. Поэтому на вход осциллографа будет поступать импульсный сигнал (рис. 25, а), верхняя площадка которого будет принадлежать, скажем, первому каналу (т. е. соответствовать открытому состоянию транзистора VT1), а нижняя площадка - второму.
Длительность фронта и спада сигнала весьма коротка по сравнению с длительностью самого сигнала, поэтому при той развертке, на которой будете рассматривать сигналы ЗЧ, на экране осциллографа выделятся две четкие линии развертки (рис. 25, б), которые можно сдвигать или раздвигать относительно друг друга переменным резистором R5.
Достаточно теперь подать на вход первого канала сигнал ЗЧ- и верхняя линия развертки отразит его форму (рис. 25, в). А при подаче такого же сигнала (кратного по частоте) на вход второго канала нарушится «спокойствие» второй линии (рис. 25, г). Размах изображения того или иного сигнала можно регулировать соответствующим переменным резистором (R1 - для первого канала и R10-для второго).
Все транзисторы коммутатора могут быть П416Б, МП42Б или другие аналогичной структуры, рассчитанные на работу в импульсных режимах и обладающие возможно большим коэффициентом передачи тока. Переменные резисторы - СП-I, постоянные - МПТ-0,25 или МЛТ-0,125, конденсаторы - К50-6 (CI, C2) и КЛС, МБМ (СЗ, С4). Источник питания - батарея 3336, выключатель питания SA1 и зажимы ХТ1-ХТ6 - любой конструкции.
Часть деталей коммутатора размещена на плате (рис. 26) из фольгированного стеклотекстолита, а часть - на стенках и лицевой панели корпуса (рис. 27).
Настало время проверить коммутатор. Поможет здесь, конечно, наш осциллограф. Его земляной щуп подключите к общему проводу (зажим ХТ4), а входной - к коллектору любого транзистора мультивибратора (VT3 или VT4). Режим работы осциллографа ждущий, длительность развертки - 5 мкс/дел., вход - закрытый. Надеемся, что эти указания уже понятны вам и позволят нажать на осциллографе нужные кнопки.
Включите питание, коммутатора. Сразу же на экране появятся импульсы мультивибратора (рис. 28, а) амплитудой около 4,5 В,
следующие с частотой приблизительно 80 кГц (длительность периода- примерно 12,5 мкс). Такой же сигнал должен быть и на коллекторе второго транзистора мультивибратора.
После этого переключите входной щуп осциллографа на выход коммутатора (зажим ХТЗ), установите движки переменных резисторов R1 и R10 в нижнее по схеме положение, а резистора R5 - в любое крайнее. Чувствительность осциллографа придется установить равной 0,1 В/дел., чтобы на экране появился импульсный сигнал (рис. 28, б), напоминающий сигнал мультивибратора. Это результат поочередного открывания транзисторов VT1 и VT2 при разных напряжениях смещения на их базах.
Медленно перемещайте движок переменного резистора R5 в другое крайнее положение. Верхние н нижние площадки импульсов начнут сближаться, и вскоре на экране появится изображение (рис. 28, в), свидетельствующее о равенстве режимов транзисторов. Образуется как бы один луч осциллографа, составленный из площадок-длительностей открытого состояния транзисторов («всплески» между ними - результат переходных процессов при открывании и закрывании транзисторов). При дальнейшем перемещении движка резистора площадки импульсов начнут расходиться. Правда, по сравнению с первоначальным положением, верхние площадки будут «принадлежать» другому каналу.
Теперь отпустите кнопку «МС-МКС» осциллографа, установив тем самым примерно в тысячу раз большую длительность развертки. На экране появятся две линии (рис. 28, г) -два луча. Верхний луч должен «принадлежать» первому каналу, нижний - второму. Корректируют такое положение переменным резистором R5.
Начала лучей могут немного подергиваться из-за неустойчивости синхронизации. Чтобы исключить это явление, нужно либо установить ручку «СИНХР.» в среднее положение, соответствующее нулевому сигналу синхронизации, либо переключить осциллограф в режим внешнего запуска (нажав кнопку «ВНУТР. - ВНЕШН.»).
Далее установите движок переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение и подайте на зажимы ХТ1, ХТ2 сигнал с генератора ЗЧ (скажем, частотой 1000 Гц). Амплитуда сигнала должна быть не менее 0,5 В. Сразу же «размоется» верхний луч (рис. 29, а). Если же окажется «размытым» нижний луч, поменяйте лучи местами переменным резистором R5. Перемещением движка резистора R1 подберите размах «дорожки» равным 2... 3 деления. Переключателями длительности развертки осциллографа и ручкой длины развертки постарайтесь добиться на экране устойчивого изображения нескольких синусоидальных колебаний (рис. 29,6). Сделать это не так просто, поскольку синхронизации практически нет и ее трудно осуществить - ведь на вход осциллографа поступает несколько сигналов (импульсный и синусоидальный) и развертка не в состоянии выбрать какой-нибудь из них.
Но тем не менее способы получения устойчивого изображения есть. Во-первых, добившись предварительно в автоматическом режиме появления изображения колебаний, переводят развертку в ждущий режим с внутренней синхронизацией (кнопка «ВНЕШН. - ВНУТР.» отпущена) и более точным подбором уровня синхронизации сигнала ручкой «СИНХР.» (обычно ее приходится устанавливать вблизи среднего положения) добиваются устойчивого изображения.
Второй способ заключается в том, что развертку синхронизируют внешним сигналом амплитудой не менее 1 В от генератора ЗЧ, с которым предполагается проверять аппаратуру. О подобном способе синхронизации мы уже рассказывали, надеемся, что вы сможете правильно нажать нужные кнопки и подать сигнал на гнездо «ВХОД X».
Если же на второй канал тоже подать сигнал ЗЧ, например, соединив перемычкой зажимы ХТ1 и ХТ5, «заработают» оба луча осциллографа (рис. 29, в). Попробуйте теперь изменять амплитуду сигнала переменными резисторами R1 и R10, смещать линии развертки переменным резистором R5. Вы убедитесь, что этими регулировками можно не только устанавливать желаемый размах
изображений, но и подводить изображения друг к другу настолько, что станет удобно сравнивать их форму (рис. 29, г).
И еще один совет. Чтобы можно было рассматривать сигналы небольшой амплитуды, нужно переменным резистором R5 максимально сблизить лучи и перейти на более чувствительный диапазон -0,05 В/дел. или даже 0,02 В/дел. Правда, при этом могут несколько «размыться» линии развертки из-за шумов транзисторов и различных наводок.
Не менее интересен второй вариант коммутатора, в котором линии разверток сплошные, а не составленные из площадок импульсов. Достигается это тем, что коммутатор как бы отклоняет линию развертки то вверх, то вниз, предоставляя ее для просмотра сигнала то первого канала, то второго. Поскольку частота этих отклонений сравнительно большая, глаз не успевает замечать их и создается впечатление, что на экране два независимых друг от друга луча.
Какова идея этого варианта? На задней стенке осциллографа есть гнездо, на которое выведено пилообразное напряжение генератора развертки. Вот оно н будет управлять коммутатором: па время одного хода «пилы» откроется транзистор усилительного каскада первого канала, на время другого хода-транзистор второго канала и т. д. Удобство такого способа коммутации, прежде всего, в том, что он позволяет рассматривать колебания значительно более широкой полосы частот по сравнению с предыдущим вариантом. В сказанном нетрудно убедиться, собрав, опробовав и сравнив в работе оба коммутатора.
К сожалению, коммутатор второго варианта несколько сложнее, поскольку в него добавляется преобразователь пилообразного напряжения в импульсное, выполненный на трех транзисторах. Да и мультивибратор заменяется другим переключающим устройством- триггером, содержащим большее число радиоэлементов.
Схема изменяемой части коммутатора приведена на рис. 30. На транзисторах VT3 и VT4 собран триггер, который обладает двумя устойчивыми состояниями. В зависимости от состояния, в котором в данный момент находится триггер, к общему проводу коммутатора оказывается подключенным либо резистор R4, либо R7, а значит, открыт входной транзистор либо первого, либо второго канала - как н в предыдущем варианте коммутатора.
Для перевода триггера из одного состояния в другое на его вход (точка соединения конденсаторов СЗ, С4) должен поступать короткий импульс положительной полярности. Такой импульс снимается с триггера Шмитта, выполненного на транзисторах VT6 и VT7. В свою очередь, триггер Шмитта подключен к усилителю-ограничителю, собранному на транзисторе VT5 - на его вход (зажим ХТ7) и подается пилообразное напряжение с осциллографа. Причем для нормальной работы всего формирователя импульсов на зажим ХТ7 можно подавать сигнал амплитудой от 0,5 до 20 В. «Излишки» сигнала ограничиваются резистором R17, поэтому ток эмиттерного
перехода транзистора VT5 не превышает допустимого во всем диапазоне указанных амплитуд сигнала.
Все транзисторы дополнительного устройства могут быть такие же, что и в предыдущем коммутаторе, диоды - любые из серии Д9, конденсаторы - КЛС (СЗ, С4), КМ, МБМ (С6), резисторы - МЛТ-0,25 или МЛТ-0,125.
Чертеж печатной платы для этого варианта коммутатора приведен на рис. 31, Конструктивное оформление коммутатора остается прежним, за исключением того, что на задней стеике корпуса устанавливают дополнительный зажим ХТ7, который соединяют проводником с гнездом иа задней стенке осциллографа.
Проверку этого коммутатора начинают с контроля пилообразного напряжения на зажиме XT7. Для этого «земляной» щуп осциллографа подключают, как и прежде, к зажиму ХТ4, а входным касаются зажима ХТ7 (осциллограф работает в автоматическом режиме с открытым входом, начало развертки устанавливают в начале нижнего левого деления шкалы). При чувствительности 1 В/дел. в крайнем правом положении ручки регулировки длины развертки на экране появится изображение одного пилообразного колебания в виде наклонной прямой линии (рис. 32, а). Такое изображение будет сохраняться при установке любой длительности развертки.
Когда же будете перемещать ручку регулировки длины развертки в другое крайнее положение, длина наклонной линии станет уменьшаться и достигнет минимального значения (рис. 32,6).
По масштабной сетке вы сможете определить амплитуду пилообразного напряжения при крайних положениях ручки указанной регулировки - 3,5 В и 1 В.
Затем переключите входной щуп осциллографа на вывод коллектора транзистора VT7 (или на точку соединения конденсаторов СЗ и С4), а сам осциллограф переключите в режим закрытого входа и переместите линию развертки и а середину масштабной сетки. На экране должен появиться положительный импульс (рис 32, в), изображение которого в делениях масштабной сетки будет оставаться стабильным при изменении длительности в широких пределах, а также длины ее линии. Если же при изменении длины развертки, а значит, амплитуды входного сигнала на зажиме ХТ7, импульс будет пропадать, следует подобрать точнее резистор R18.
При больших длительностях развертки (10, 20 и 50 мс/дел.) будет наблюдаться искажение сигнала (рис. 32, г), свидетельствующее о дифференцировании импульса во входных цепях осциллографа из-за недостаточной емкости разделительного конденсатора. Выход здесь простой - переключить осциллограф в режим открытого входа, а входной щуп подключить к исследуемой цепи через бумажный конденсатор емкостью 1...2 мкФ,
После этого точно так же щуп с конденсатором подключают к выходному зажиму ХТЗ и наблюдают на экране две линии развертки, как и с предыдущим коммутатором. Чувствительность осциллографа устанавливают равной 0,1 В/дел. Дальнейшая работа с коммутатором не отличается от ранее описанной.
Возможно, вы захотите удостовериться в поочередном переключении линий развертки. Тогда установите кнопками осциллографа самую большую длительность - 50 мс/дел. и поверните ручку длины развертки в крайнее правое положение. Вы увидите медленно перемещающуюся точку то по траектории верхней линии развертки, то по траектории нижней линии.
Не меньший интерес представляют коммутаторы на микросхемах. На рис 33, например, приведена схема простейшего коммутатора на одной микросхеме, разработанного курским радиолюбителем И. Нечаевым. Правда, коммутатор обладает сравнительно низким входным сопротивлением, что ограничивает возможности его применения. Тем не менее, он заслуживает внимание своей простотой и интересным принципом действия.
На элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы собран генератор прямоугольных импульсов, следующих с частотой около 200 кГц. Элементы DD1.3 и DD1.4 работают инверторами и позволяют согласовать выходное сопротивление генератора с сопротивлением электронных ключей, управляющих прохождением сигналов через каналы коммутатора, а также обеспечить соответствующую развязку между каналами.
С выходов инверторов импульсы (они противофазны) генератора поступают через резисторы R4-R7 на ключи, выполненные на диодах VD1-VD4 для первого канала и на днодах YD5-VD8 - для второго. Если, к примеру, на выходе элемента DD1.3 будет уровень логической 1, а в это время на выходе элемента DD1.4 - уровень логического 0, через резисторы R5, R7 и дноды VD5-VD8 потечет ток. Ключ на этих диодах окажется открытым, сигнал с гнезд разъема XS2 попадет на гнезда разъема XS3, к которым подключаются щупы входа X осциллографа. В то же время ключ на диодах VDl-VD4 будет закрыт, сигнал с входных гнезд разъема XS1 на осциллограф не попадет.
Когда логические уровни на выходах элементов DD1.3 и DD1.4 изменятся, к осциллографу попадет сигнал, поступающий иа разъем XS1. Амплитуду сигнала, поступающего с входных разъемов XS1 и XS2 на осциллограф, можно регулировать переменными резисторами R1 и R2. Расстояние между «линиями развертки», создаваемыми коммутатором, регулируют переменным резистором R9. При перемещении движка резистора вверх по схеме эти линии расходятся, и наоборот.
Чтобы максимально подавить помехи от генератора импульсов, проникающие на входные и выходные цепи коммутатора, параллельно источнику питания (конечно, при замкнутых контактах выключателя SBI) включена цепочка из оксидных конденсаторов С2, СЗ и подстроечного резистора R10- она создает искусственную среднюю точку.
Все диоды могут быть, кроме указанных на схеме, Д2Б-Д2Ж. Д9Б-Д9Ж, Д310, Д311, Д312. Резисторы Rl, R2, R9, R10 -типа СПО, остальные -МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25. Конденсатор С1 - БМ, ПМ, КЛС или КТ, оксидные конденсаторы С2, СЗ-К50-3, К50-6, К50-12. Кнопочный выключатель - П2К с фиксацией положения. Разъемы - любой конструкции, например, используемые в телевизорах в качестве антенных. Источник питания - батарея 3336 либо три последовательно соединенных элемента 316, 332, 343.
Часть деталей смонтирована на печатной плате (рис. 34), прикрепленной к крышке пластмассового корпуса (рис. 35) размерами примерно 40X70X95 мм, источник питания размещен на дне корпуса, а разъемы - на боковых стенках.
Налаживают коммутатор так. Движки резисторов Rl, R2 и R9 устанавливают вначале в нижнее по схеме положение и подключают к разъему XS3 входные щупы осциллографа. Включив коммутатор, перемещением движка резистора R10 добиваются минимального уровня помех на экране осциллографа (его чувствительность желательно при этом установить возможно большую). После этого можно подавать на разъемы XS1 и XS2 контролируемые сигналы, регулировать их размах на экране осциллографа переменными резисторами Rl, R2 и «раздвигать» их относительно друг друга переменным резистором R9.
При работе с этим коммутатором следует помнить, что входное сопротивление каналов при верхних по схеме положениях движков резисторов Rl, R2 может падать до 1 кОм. Поэтому желательно работать при такой чувствительности осциллографа, чтобы движки этих резисторов удавалось устанавливать возможно ближе к нижним по схеме выводам. Тогда входное сопротивление каналов составит 5 ... 10 кОм.
Другая разработка И. Нечаева - трехканальный коммутатор, позволяющий исследовать одновременно три сигнала. Особенно такой коммутатор удобен при проверке и налаживании различных устройств с цифровыми микросхемами.
Схема трехканального коммутатора приведена на рис. 36. В нем три микросхемы и четыре транзистора. На транзисторе VT1 и элементах DD1.3, DD1.4 выполнен генератор импульсов. Частота следования импульсов зависит от номиналов деталей С1, C7 и в данном случае составляет 100... 200 кГц.
С генератором соединен делитель частоты на триггере DD3. С выходов генератора и делителя импульсы поступают на дешифратор, в котором работают элементы DD1.1, DD1.2 и DD2.1. Дешифратор управляет усилительными каскадами, собранными на транзисторах VT2-VT4. На вход каждого каскада поступает свой исследуемый сигнал, который будет виден в дальнейшем на той или иной линии развертки осциллографа. В коллекторных цепях транзисторов стоят инверторы (DD2.2-DD2.4), выходы которых подключены через резисторы (R8-R10) к гнезду XS4 - его соединяют с входным шупом осциллографа, работающего в режиме открытого входа.
Работает коммутатор так. В начальный момент, на одном из входов элементов дешифратора будет уровень логического 0, а значит, на их выходах, т. е. на эмиттерах транзисторов усилительных каскадов,- уровень логической I. Если при этом на входные (разъемы XS1-XS3 не будет подан сигнал (т. е. на входах коммутатора будет уровень логического 0), транзисторы окажутся закрытыми. Поскольку отсутствие входного тока элементы ТТЛ логики воспринимают как наличие на входных выводах уровня логической 1, на выходах всех инверторов будет уровень логического 0.
Если же при проверке режимов работы цифрового устройства на входы коммутатора будут поданы уровни логической 1 (3...4 В -для ТТЛ и 6... 15 В -для КМОП логики), транзисторы откроются, но на входы инверторов по-прежнему будут поступать уровни логической 1 и на выходах их сигнал не изменится.
Такое возможно лишь в первоначальный момент, пока генератор не включился в работу. Когда же генератор начнет работать, на входах дешифраторов будут появляться «различные комбинации логических уровней. Как только, скажем, иа входах элемента DD1.1, управляющего усилительным каскадом первого канала, появится уровень логической 1, на его выходе установится уровень логического 0 и эмиттер транзистора VT2 практически окажется подключенным к общему проводу коммутатора (минус источника питания). Кроме того, уровень логической 1 с выхода элемента DD2.1 поступит через делитель R12R13 на вход осциллографа и сформирует линию развертки, соответствующую «нулевому» уровню (около 1 В) первого канала коммутатора.
Если в это время иа разъеме XS1 окажется уровень логического 0, линия останется на месте. При подаче же иа разъем уровня логической I линия отклонится.
Как только уровни логической 1 окажутся на входах элемента DD1.2, вступит в действие второй канал коммутатора. В этом случае с общим проводом окажется соединенным эмиттер транзистора VT3, в результате чего параллельно резистору R13 будет подключен резистор R11 и постоянное напряжение на разъеме XS4 упадет. Сформируется «нулевая» линия развертки (около 0,5 В) второго канала.
Далее уровни логической 1 окажутся на входах элемента DD2.1, в результате чего с общим проводом окажется соединенным только эмиттер транзистора VT4. На экране осциллографа появится «нулевая» (0 В) линия третьего канала коммутатора.
«Расстояние» между линиями каналов определяется номиналами резисторов R11 и R13, а входное сопротивление каналов - номиналами резисторов Rl-R3.
Хотя максимальная частота переключения каналов составляет 200 кГц, а частота исследуемого сигнала не превышает 10 кГц, вместе с контролируемым сигналом на экране осциллографа могут быть видны и моменты переключения каналов в виде светлого фона. Чтобы этот фон был слабее, нужно максимально уменьшить длину соединительного провода между коммутатором и осциллографом, а также уменьшить яркость изображения. Помогает и уменьшение частоты генератора увеличением вдвое-втрое емкости конденсатора С1.
В коммутаторе можно использовать транзисторы КТ315А- КТ315Б, КТ301Д-КТ301Ж, КТ312А, КТ312Б, а также транзисторы старых выпусков МП37 и МП38. Диоды - Д9Б-Д9Ж, Д2Б-Д2Е. Конденсатор О- КТ, КД или БМ; С2-К50-3 или К50-12 емкостью 10. ..50 мкФ на номинальное напряжение 5. ..15 В. Резисторы - МЛТ-0,125.
Большинство деталей монтируют на печатной плате (рис. 37, 38), которую затем укрепляют внутри подходящего корпуса. На лицевой стенке корпуса устанавливают входные разъемы XS1-XS3 и выходные гнезда XS4, XS5. Через отверстие в задней стенке корпуса выводят двухпроводный шпур питания, который подключают во время работы коммутатора к выпрямителю или батарее напряжением 5 В.
Налаживания правильно смонтированный коммутатор не требует. При желании повысить чувствительность коммутатора к уровню логической 1, подаваемого на вход, достаточно уменьшить сопротивление резисторов R1-R3. Правда, при этом упадет входное сопротивление коммутатора.
Коммутатор переключает до четырех различных стереофонических источников сигнала звуковой частоты. Он предназначен для установки на входе предварительного усилителя звуковой частоты аудиоцентра. Коммутация - квазисенсорная, при помощи четыре переключающих кнопок без фиксации. Индикация номера включенного входа при помощи одноразрядного светодиодного семисегментного индикатора (показания от "0" до "3").
Роль переключающего устройства выполняет двухканальный четырех-позиционный мультиплексор. Принципиальная схема показана на рисунке. Квазисенсорное устройство выполнено на основе четырех-фазного триггера D1 - К561ТМ3. К его входам подключены четыре кнопки S1 - S4. Первоначально, при включении питания все триггеры микросхемы установлены в нулевое положение, поскольку контакты кнопок S1-S4 в исходном не нажатом состоянии подают на все входы "D" логические нули.
При этом на выходах триггеров устанавливаются так же нули, и включается первый вход, потому что на управляющие входы (выв. 10 и 9) мультиплексора D2 через резисторы R6 и R7 поступают нули и открываются первые каналы мультиплексора. Одновременно, эти же нули поступают на входы дешифратора D3 и индикатор Н1 индицирует "0".
При нажатии на кнопку S1 положение не изменяется. При нажатии на кнопку S2 на вывод 7 D1 поступает единица через R3, и в это же время через S2 на общие входы С1 (вывод 5) поступает нуль. В результате состояние с входа D второго триггера переносится на его выход и второй триггер микросхемы D1 устанавливается в единичное состояние. При этом на выводе 10 D1 устанавливается единица, которая через диод VD2 поступает на вывод 10 D2 и вывод 5 D3. В результате мультиплексор закрывает свои первые каналы и открывает вторые, подключая вход 2 (Х2) к выходу (Х5). На индикаторе появляется цифра "1".
При нажатии на кнопку S3 единица через R4 поступает на вход D третьего триггера (вывод 13), а нуль на общий вход С1 (вывод 5). В результате, установленный ранее в единичное состояние второй триггер возвращается в нулевое, а третий переходит в единичное. При этом на выводе 11 D1 устанавливается единица, которая через диод VD3 поступает на управляющий вход 2 (вывод 9) D2 и на вывод 3 D3. В результате разъем Х5 по внутренним каналам мультиплексора D2 переключается на третий вход (разъем ХЗ), а на индикаторе Н1 отображается цифра "2".
При нажатии на кнопку S4 четвертый триггер переходит в единичное состояние, а третий, или какой то другой, включенный до того, устанавливается в нулевое положение. В результате единица появляется на выводе 1 D1 и она через диоды VD1 и VD4 поступает одновременно на оба управляющих входа D2 и на оба входа D3. В результате включается четвертый вход (Х4), и на индикаторе отображается цифра "3".
Таким образом, нажатие на любую кнопку приводит к установке одного триггера, к входу D которого подключена эта кнопка, в единичное состояние. При этом любой" другой триггер, который был установлен в единичное состояние ранее, принудительно переводится в нулевое. Поэтому кнопка S1 служит для перевода в нулевые состояния всех остальных трех триггеров, и таким образом получается на входе D2 код "00" и включается первый вход.
Мультиплексор D2 питается двухполярным напряжением, отрицательное напряжение, поступающее на вывод 7 должно быть не более 5В и не менее 1 В, оно служит для переноса входного сигнала в линейный участок передаточной характеристики открытого канала мультиплексора, в котором коэффициент нелинейных искажения сигнала ре превышает 0,01%. При отсутствии отрицательного напряжения КНИ может возрасти до нескольких процентов. Нужно учитывать, что разность потенциалов, приложенная между выводами 16 и 7 D2 не должна превышать 15В (9+5=14В).
При отсутствии дешифратора К176ИД2 или семисегментного индикатора можно сделать индикации при помощи четырех светодиодов, при помощи которых подсвечивать кнопки. Светодиоды нужно, через транзисторные ключи, подключить к выходам всех четырех триггеров D1 (выход первого - вывод 2, на схеме он не показан).
Мультиплексор К561КП1 можно заменить на два мультиплексора К561КП2, используя каждый только на половину (К561КП1 переключает восемь одноканальных входа). Микросхему К561ТМ3 можно заменить на К176ТМ3. К176ИД2 можно заменить на К176ИДЗ или на КР514ИД2, но при этом питание прийдется понизить до +5В. Диоды КД522 можно заменить на КД521, КД503, или даже на Д9 или Д220-Д223.
Если будет использоваться индикатор Н1 с общими катодами, нужно его общий вывод подключить к общему проводу и подать логический нуль на вывод 6 D3.
Целью создания данного проекта послужило желание создать простое и надежное устройство, которое выполняло бы функции коммутации входов и выходов высококачественного усилителя.
Данный проект полностью открытый. Выкладываю на Ваш суд исходный код, принципиальную схему и проект в .
Исходный код написан на языке высокого уровня "Си" в среде CVAVR буквально за вечер. Он хорошо прокомментирован и кто хотя бы немного знает данный язык, сможет с легкостью модифицировать проект под свои цели.
Селектор работает следующим образом:
При подаче питания выполняется задержка в две секунды для исключения щелчков АС при переходном процессе, при этом все входы и выходы отключены. После задержки происходит сравнение 4-го байта EEPROM с числом 0х22, если число совпадает - загружаем данные с энергонезависимой памяти. Если не совпадает - значит данные повреждены либо данные были стерты, грузим значения по умолчанию (АС1 откл. АС2 откл. CD вкл.). При выборе нужного входа происходит кратковременное мигание светодиода выбранного входа и далее он просто горит, данный эффект повышает визуальную функциональность аппарата в целом.
Те, кому по какой либо причине не нужно куча кнопок может использовать 1 кнопку (select), которая по кругу переключает входы.
Выходы АС тоже можно не использовать, для этого просто не надо впаивать диоды и кнопки отвечающие за управление выходами и не впаивать ключи коммутирующие реле АС1 и АС2. После того как мы выбрали нужный вход или выход, начинает считать программный таймер, который примерно через 10 секунд (если не было повторного нажатия на кнопки) записывает данные в EEPROM память. При снятии питания и повторной подаче входы и выходы после задержки сохраняют свое состояние, что тоже очень удобно.
Реле могут быть любыми, которые у Вас есть в наличии. Но лучше применить в АС на 16А фирмы SHRACK RT серии. Рекомендую на эту роль реле RTD14005 на 5V или RT314012 на 12V (при использование реле на 5V необходимо заменить транзисторы более мощными, например KSE340 или MJE340). А в качестве реле в сигнальных цепях, следует использовать специализированные сигнальные реле, которых сейчас в продаже имеется в большом количестве. Рекомендую миниатюрные сдвоенные реле 12V TQ2-12V или A5W-K на 5V
При прошивке чипа фьюзы трогать не надо!
Ниже вы можете скачать прошивку, исходник и проект в
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | МК AVR 8-бит | ATtiny2313 | 1 | В блокнот | ||
| U2 | Линейный регулятор | LM7805 | 1 | В блокнот | ||
| Q1-Q3 | Биполярный транзистор | 2N5551 | 6 | В блокнот | ||
| D5-D8, D11-D13 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 10 | Три из них в схеме не показаны | В блокнот | |
| С1-С4 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 4 | В блокнот | ||
| R1-R3 | Резистор | 680 Ом | 3 | В блокнот | ||
| R4, R5, R8 | Резистор | 3.3 кОм | 6 | Три из них в схеме не показаны | В блокнот | |
| R6, R7, R9 | Резистор | 2 кОм | 6 | Три из них в схеме не показаны | В блокнот | |
| R10 | Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | ||
| RL1-RL3 | Реле | RT314012 | 6 | Три из них в схеме не показаны |
В любительской практике часто возникает необходимость периодического подключения различных источников звука к одному оконечному усилителю. Каждый раз при этом переставлять разъемы - занятие утомительное. Намного удобнее подключить нужный источник звука простым поворотом ручки переключателя стереофонического электронного коммутатора сигналов, который можно собрать из предлагаемого набора. Он предназначен как для использования в составе любительского усилителя низкой частоты (например, наборы NM2011 или NM2012 - УНЧ, наборы NM2111 или NM2112 - блок регулировок тембра и громкости), так и для самостоятельного применения в различных низкочастотных усилительных устройствах.
Технические характеристики
Напряжение питания [В]...................................................................6-23
Ток потребления не более [мА]...............................................................5
Полоса частот [кГц]...................................................................0.02-1000
Напряжение шумов [мкВ].........................................................................5
Максимальный уровень входного сигнала (эфф.) [В]....................5
Входное сопротивление не менее [кОм]..........................................100
Выходное сопротивление не более [Ом]..........................................400
Коэффициент гармоник не более [%]...............................................0.03
Переходное затухание между входами не менее [дБ]....................75
Описание работы электронного коммутатора
Плата коммутатора в сборе показана на Рис. 1. Электрическая схема стереофонического электронного коммутатора (Рис. 2) построена на основе микросхемы TDA1029, которая представляет собой стереофонический четырехканальный аналоговый мультиплексор. Готовое устройство имеет пять стереовходов и один выход.
Сигналы, подаваемые на вход IN1, поступают непосредственно на микросхему. Это обеспечивает возможность использовать ее полный частотный диапазон, превышающий 1 МГц. Однако рекомендовать его
использование можно только для ограниченного набора источников сигналов. Это связано с тем, что из-за избыточно широкой полосы пропускания микросхемы могут возникнуть помехи от радиостанций, работающих в длинноволновом диапазоне и генераторов, работающих в диапазоне ультразвуковых частот (25...100 кГц). Для ослабления действия возможных помех, во входные цепи IN2...IN4 схемы коммутатора введены ЯС-фильтры низкой частоты (ФНЧ) первого порядка (R1...R6, С9...С14). Подбором характеристик фильтров можно установить необходимую полосу пропускания соответствующего входа.
Входы IN/OUT4 и IN5 - многофункциональные. Вход IN/OUT4 может работать как обычный, универсальный вход, равноценный входам IN2 и IN3. Если необходимо использовать микрофон, к коммутатору дополнительно подключается микрофонный усилитель (в рассматриваемый набор не входит), выход которого соединяют с входом IN5 (на плате обозначен как «input microphone amplifier»). В этом случае разъем IN/OUT4 служит дополнительным выходом микрофонного усилителя, например для записи. При необходимости установить блокировку звука три контакта входа IN5 нужно соединить перемычкой и, установив переключатель SA2, использовать его как быструю блокировку звука (режим «Mute»). Как видно из Рис. 2, нажатие на SA2 приведет к немедленному переключению на заблокированный вход IN4. и звук прекратится. Отпустив кнопку, тут же подключится тот источник, который был прежде. Но в этом случае устройством можно коммутировать всего три входа.
Переключатель SA1 может быть любого типа и устанавливается на передней панели усилителя. На Рис. 2 показано положение иереклю
чателя SA1 при выборе источника сигнала, подключенного к первому входу (IN1). Светодиоды VD1...VD4 также устанавливаются на передней панели и служат для индикации включенного канала. При установке кнопки SA2 светодиод VD4 индицирует режим «Mute».
Переключение каналов мультиплексора происходит при подаче на управляющие выводы микросхемы кодовой комбинации. Соответствие кода, поданного на управляющие выходы, и включенного канала приведено в Табл. 1.
Входное напряжение от источников стереосигнала подается на входы 1...8 микросхемы TDA1029. Кроме того, с вывода 10 на входы 1...8 Микросхемы подается напряжение смещения через резисторы R7...R14.
Конденсаторы Cl...С8 - разделительные. Они предназначены для развязки входных цепей по постоянной составляющей.
В качестве входных разъемов IN1...IN4 используются блоки разъемов RCA («тюльпан»).
Сборка коммутатора
Перед сборкой платы ознакомьтесь с рекомендациями, которые даются в начале этой книги. Чтобы избежать выхода из строя радиоэлементов, старайтесь соблюдать общепринятые правила монтажа. Перечень всех входящих в набор элементов представлен в Табл. 2. Расположение элементов на плате показано на Рис. 3.
При подключении коммутатора к уже имеющемуся УНЧ межблочный монтаж желательно выполнять экранированным проводом для уменьшения влияния помех. Если такой возможности нет, для общей шины необходимо использовать монтажный провод большего сечения.
Правильно собранное устройство настройки не требует. Удачи вам!
