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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Árbitro de Sinal. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante O que você acha que matemática e eletrônica têm em comum? Os leitores familiarizados com a tecnologia digital provavelmente se lembram de que as leis matemáticas da álgebra booleana são a base para a operação dos chips lógicos. No entanto, isso não é tudo. Acontece que tanto na matemática quanto na eletrônica eles costumam operar com o conceito de comparação. Mas se você tiver que comparar valores numéricos entre si, então na eletrônica há uma comparação de sinais elétricos. Para realizar tais operações, foram criados até dispositivos especiais - comparadores. É curioso que os comparadores sejam “parentes” próximos dos gatilhos que já conhecemos. Quais são suas semelhanças? Em primeiro lugar, as informações nas saídas desses dispositivos são codificadas em apenas dois níveis lógicos - alto e baixo; em segundo lugar, ambos mudam de um estado lógico para outro somente se houver uma certa combinação de sinais nas entradas. Como são construídos os comparadores e qual o seu princípio de funcionamento? Vamos fazer uma pausa na nossa história por um momento e imaginar uma competição de atletismo, por exemplo, corrida. Após o atleta chegar à linha de chegada, seu resultado é comparado com o tempo recorde dessa distância. Se um corredor não consegue ultrapassar o recorde mundial, nesses casos dizem que o “recorde permanece”. Mas se o tempo que o atleta percorreu a distância acabou sendo menor que o recorde, então o próprio corredor passa a ser recordista, e seu resultado passa a ser inscrito em vez do anterior em todos os livros de referência esportiva como a maior conquista . Situação semelhante pode ser observada, por exemplo, na operação de um comparador simples. Tal dispositivo possui duas entradas e uma saída. Na maioria das vezes, uma das entradas é alimentada com uma tensão ou corrente que não muda com o tempo, o chamado sinal de referência. Ele compara um sinal cujo nível é desconhecido. Digamos que queremos combinar a tensão da bateria de uma lanterna com uma tensão fixa aplicada à entrada de referência de um comparador. Se a bateria estiver muito descarregada e sua tensão estiver abaixo da tensão de referência, nenhuma alteração ocorrerá na saída do comparador. Mas se o potencial da bateria ultrapassar a tensão de referência, o comparador irá comutar e sua saída produzirá um sinal diferente do original. Não é verdade que a analogia com a realização de competições é bastante justificada? Julgue por si mesmo. O sinal de entrada é menor que o sinal de referência (o tempo do corredor é pior que o recorde) - o estado lógico do comparador não muda (a conquista mais alta permanece a mesma). O sinal de entrada excede o sinal de referência (o resultado do atleta é melhor que a conquista mundial) - o estado lógico do comparador muda para o oposto (o recorde fica mais alto). Assim, podemos dizer que o comparador desempenha o papel de um árbitro, determinando qual dos sinais tem o nível mais alto. Apresentamos a você o princípio de funcionamento de apenas um tipo de comparador. Na verdade, existem muitos mais deles, diferindo de maneiras diferentes. Por exemplo, comparadores são frequentemente usados em tecnologia, que podem comparar dois sinais em constante mudança. Tal dispositivo muda de um estado lógico para outro quando os níveis do sinal de entrada coincidem. Existem comparadores que, quando os sinais de entrada coincidem, produzem um pulso único curto ou uma série de um certo número de pulsos que operam no momento em que as polaridades dos sinais de entrada coincidem. Comparadores são usados em muitas áreas da eletrônica. Porém, a área mais importante de sua “atividade” são os dispositivos cujo funcionamento se baseia na conversão de sinais analógicos em lógicos. Aqui está o exemplo mais simples - um voltímetro digital. Um de seus principais componentes é um comparador que controla o funcionamento de um gerador de pulsos. Vamos imaginar que queremos determinar a tensão na saída de uma fonte de alimentação de baixa tensão. Como funciona o dispositivo de medição neste caso? A tensão da fonte de alimentação é fornecida a uma entrada do comparador e a tensão que varia linearmente é fornecida à segunda. Até que sejam iguais, o gerador gera pulsos. No momento em que os valores de tensão nas entradas do comparador coincidirem, ele irá comutar e a geração será interrompida. Os pulsos são somados pelos contadores do voltímetro e o resultado da medição aparece em seu display. O gerador do dispositivo é configurado de forma que no momento da comutação do comparador, o número de pulsos gerados corresponda ao valor numérico da tensão medida com precisão de, por exemplo, décimos ou centésimos de volt. Do exposto, é fácil concluir que os comparadores combinaram com sucesso as propriedades dos dispositivos analógicos e digitais, e seu objetivo principal é a conversão de sinal. Um comparador simples pode ser montado usando um amplificador operacional. O diagrama de tal dispositivo é mostrado na Figura 1.
Uma tensão de referência é aplicada à entrada inversora do amplificador operacional através do resistor limitador R1. A entrada não inversora desempenha o papel medindo O sinal é fornecido a ele através do resistor limitador R2. Para transformar o amplificador operacional em um comparador, um circuito de realimentação formado pelo resistor R3 é introduzido no circuito. O princípio de funcionamento de tal dispositivo é simples. No estado inicial, a tensão na saída do amplificador operacional é zero. Se você aplicar uma tensão cujo valor seja menor que a tensão de referência à entrada de medição do comparador, o estado do amplificador operacional não mudará. Quando a tensão na entrada de medição do dispositivo excede a referência, a tensão de saída começará a aumentar. Através do circuito de realimentação ele será enviado para a entrada de medição, o que, por sua vez, levará a um aumento na corrente de entrada. Como resultado, a tensão de saída aumentará ainda mais. Resumindo, o processo se torna semelhante a uma avalanche e a tensão na saída do amplificador operacional saltará para o nível máximo. Assim, o comparador passará do estado “zero” para o estado “um”. Não é tudo muito simples? Pois bem, agora que nos familiarizamos com a estrutura e o princípio de funcionamento dos comparadores, podemos passar à sua aplicação prática. Para isso, sugerimos que você monte um jogo eletrônico simples. Baseia-se em um oponente adivinhar as ações de outro. Duas pessoas participam da competição. Então, imagine uma pequena caixa, em cujo painel frontal há uma luz indicadora, um botão de pressão, uma chave seletora e um instrumento de medição elétrica, por exemplo, um voltímetro. Este é o bloco principal. A ele estão conectados dois controles remotos equipados com reguladores. Depois de distribuídos os papéis, os participantes iniciam o jogo. Começa com o motorista pegando seu controle remoto e girando o regulador em um ângulo arbitrário (dentro do limite de folga). O segundo jogador não vê essas ações. Sua tarefa é repetir o movimento do oponente com a maior precisão possível. Digamos que haja três tentativas para isso. O adivinhador pega seu controle remoto e gira o dial para o ângulo que achar necessário. Ele então aperta um botão e avalia seu movimento. Se a luz indicadora acender, significa que o botão não está girado o suficiente. A ausência de sinal luminoso indica que o botão foi girado mais do que o necessário. Em seguida, o adivinhador decide o que quer; Agora o que fazer é girar o regulador para frente (se o indicador estiver aceso) ou para trás (se o indicador não estiver aceso). Depois de fazer mais uma tentativa, ele pressiona o botão novamente e avalia seu segundo movimento com base no estado do indicador. Em seguida, ele gira o botão uma terceira vez e agora liga a chave seletora. Neste caso, o voltímetro comprovará o resultado final do jogo. Se a seta permanecer na marca zero, significa que o adivinhador calculou com precisão o movimento do oponente. Se ela se desviar de sua posição original, a intenção do motorista permanece sem solução. Quanto maior o desvio da agulha do voltímetro, maior a vantagem do motorista O resultado é lido usando o dispositivo de escala de medição Naturalmente, no nosso caso não serão volts, mas algumas unidades convencionais. Ao mudar periodicamente de papéis, os jogadores podem competir entre si e então comparar quem tem o senso intuitivo mais desenvolvido. melhorar. Se houver muitas pessoas que queiram participar no concurso, este pode ser realizado em regime de round-robin, pode ser elaborada uma tabela de resultados e a partir dela ser determinado o vencedor. Em suma, você pode encontrar muitas opções de utilização desta slot machine, o principal é mostrar um pouco de imaginação e invenção. Observe que o aparelho tem uma peculiaridade - mostra o resultado final, cujo valor, em linguagem matemática estrita, é tomado módulo, ou seja, sem levar em conta o sinal da diferença. Para defini-lo; você precisa pressionar um botão adicional. Se o indicador não estiver aceso, isso significa que o segundo jogador foi falido. Quando o indicador acende, significa que o adivinhador “ficou aquém” do resultado do oponente. Assim, depois de compreender as regras do jogo, você poderá se familiarizar com o conteúdo da slot machine. Seu diagrama de circuito é mostrado na Figura 2.
Como seria de esperar, o “coração” de tal dispositivo é um comparador. Ele é montado de acordo com o circuito que já conhecemos utilizando o amplificador operacional DA1. Os resistores R4, R5 e R10 limitam as correntes de entrada e saída do microcircuito, protegendo-o de sobrecarga, e R8 forma um circuito de feedback. O LED HL1 é utilizado como indicador, que é aceso pelo botão SB1. A função do dispositivo de medição é desempenhada por um voltímetro de tensão contínua PV1, instalado diagonalmente na ponte retificadora VD1-VD4. Seus ombros são conectados, por sua vez, entre as entradas do comparador. O circuito de medição do voltímetro é comutado pela chave seletora SA1. Os resistores R1, R3, R7 e R2, R6, R9 formam dois divisores de tensão controlados. Neste caso, os resistores variáveis R3 e R6 desempenham as funções de reguladores instalados no controle remoto. Como funciona a máquina caça-níqueis? Digamos que o driver pegou o primeiro controle remoto e colocou o controle deslizante do resistor variável R3 na posição intermediária. Neste caso, a tensão do divisor superior do circuito irá para a entrada de referência do comparador (a entrada inversora do amplificador operacional) e ao mesmo tempo para os diodos VD3, VD4 da ponte retificadora. Agora o adivinhador entra em jogo. Ele pega seu controle remoto e gira o controle deslizante do resistor variável R6. Como resultado, a tensão do divisor inferior do circuito é fornecida à entrada de medição do comparador (entrada não inversora do amplificador operacional) e simultaneamente aos diodos VD1, VD2. Se o nível de tensão no pino 10 do DA1 for menor que no pino 9, o amplificador operacional estará no estado “zero”. Ao pressionar o botão SB1, o jogador fica convencido disso pelo brilho do indicador HL1. Se a tensão na entrada de medição do comparador exceder a tensão na entrada de referência, o amplificador operacional mudará para o estado oposto e um estado lógico aparecerá em sua saída: o LED não acenderá. Deve-se notar que o amplificador operacional comuta quando a tensão medida excede a tensão de referência em aproximadamente 0,3 V. Assim, se as tensões de entrada (e, portanto, as posições dos reguladores R3 e R6) corresponderem exatamente, H1.1 continua a acender. Ao participar do jogo, não se esqueça disso. Após o segundo jogador ter esgotado todas as tentativas, ele liga a chave seletora BA1. Se os níveis de tensão em ambos os fios do comparador coincidirem completamente, o ponteiro do voltímetro, como já dissemos, permanecerá em zero na escala. Se a tensão em uma das entradas exceder a tensão na outra entrada, a seta se desviará da marca zero e mostrará a diferença nas tensões de entrada. Como o dispositivo está incluído na diagonal da ponte retificadora, não importa qual das entradas do amplificador operacional o nível de tensão é mais alto. A polaridade da tensão no voltímetro será sempre a mesma. Naturalmente, a seta do dispositivo também se desvia apenas em uma direção. Para determinar em qual controle remoto o botão está mais girado no final do jogo, como já sugerimos, você pode pressionar o botão BV1 e fazer uma conclusão final com base no estado do indicador NL1. A máquina caça-níqueis é alimentada por uma fonte de rede estabilizada com o chamado ponto médio artificial (Fig. 3).
Se o projeto utilizar o microcircuito K140UD1B, então a tensão de saída da fonte de alimentação deve ser de 12 V. Ao usar o IC K140UD14, a tensão deve ser reduzida para 9 V. A marca do diodo zener para o último caso está indicada no diagrama entre parênteses. A produção de uma máquina caça-níqueis começa com a placa de circuito mostrada na Figura 4. É melhor fazê-la a partir de uma folha de folha getinax ou fibra de vidro com 1-2 mm de espessura e tamanho 35x30 mm.
Faça dois furos de montagem de Ø 3 mm em uma das bordas. Os elementos da fonte de alimentação são colocados sobre uma placa de circuito medindo 75x30 mm, feita do mesmo material laminado (Fig. 5). O transistor não precisa de dissipador de calor.
Sobre os detalhes. Amplificador operacional - K140UD1B ou K140UD1 A. Transistor - qualquer uma das séries KT601 - KT603, KT801, KTV05, KT815, KT817, KT819. Para uma fonte de alimentação com tensão de 12 V, um diodo Zener D811, D813, D814G, D814D ou KS211 é adequado. Se a tensão de alimentação precisar ser reduzida para 9 V, você pode usar um diodo Zener D809, D810, D818A-D818G, D814B ou D814V. Diodos -Uy4 - qualquer uma das séries D2, D7, D9, D1V, D20, D206, D220, D223, D226, D237. Unidade retificadora - KTs405 com qualquer índice de letras ou quatro diodos de média potência conectados em um circuito em ponte. LED - marca AL 102 ou AL307. Um voltímetro de tensão constante - com um limite de medição de 5-6 V. Se isso não for encontrado, um miliamperímetro com um resistor limitador conectado em série com a resistência necessária pode ser usado como dispositivo de medição. Capacitor C1 - K50-6 ou K50-16, C2 e C3 - K50-24. Resistores fixos e variáveis – qualquer marca. O transformador de rede é de baixa potência com tensão de enrolamento secundário de 12-18 V. A lâmpada H1-2 é da marca MN-2 ou MN-3. Interruptores de alternância e interruptores de botão - qualquer tipo. O fusível deve ser classificado para uma corrente não superior a 0,5 A. XP1 é um plugue de alimentação padrão. A aparência da máquina caça-níqueis é mostrada na Figura 6. A caixa dela pode ser feita de plástico, compensado ou alumínio. Uma já pronta, por exemplo, uma caixa de linha de plástico, também serve. Anexe um dispositivo de medição, interruptores, um botão de pressão, um LED e uma lâmpada de néon ao painel frontal do dispositivo. Instale um porta-fusível em uma das paredes laterais. Aplique marcações apropriadas perto dos controles. Anexe as placas de circuito e o transformador de potência à base do gabinete. Solde o resistor R11 diretamente em um dos pinos de néon. Faça todas as conexões necessárias com fios trançados finos isolados.
Faça três furos na parede traseira do gabinete: um para o cabo de rede e os outros dois para os cabos que conectam o dispositivo aos controles remotos. Saboneteiras comuns são adequadas como estojos para eles. Forneça resistores variáveis com alças decorativas. Para maior comodidade, várias marcas podem ser colocadas ao redor de cada regulador - são mais fáceis de navegar no cálculo de suas ações. A máquina caça-níqueis não requer nenhuma configuração. Se você não cometeu erros durante a instalação e usou peças reparáveis, pode ter certeza de seu desempenho. Autor: V. Yantsev
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