Аналогове застосування цифрових мікросхем (8 схем)
Логічні мікросхеми, як правило, призначені лише для роботи в «цифровій» техніці, що допускає лише два види сигналів: логічний нуль та логічну одиницю. Такі пристрої здебільшого не вимагають індивідуальної добірки елементів схеми та працюють надійніше.
У той самий час великий практичний інтерес становлять схемні рішення, що дозволяють застосувати «цифрові» мікросхеми аналогової техніки.
Такий підхід розширює наші уявлення про можливе і неможливе у світі електроніки, змушує більш продуктивно працювати фантазію. Відкривається широке поле для експериментів, творчості, вдосконалення своїх знань у галузі радіоелектроніки.
Особливо перспективним є використання в «аналоговому» режимі «цифрових» мікросхем серій КМОП. Вони виконані на польових транзисторах, мають високий вхідний опір, економічні та невибагливі до напруги живлення: можуть працювати у широкому діапазоні. Недолік мікросхем цієї серії - низькі робочі частоти (для мікросхем серії К561 зазвичай не вище 1.3 МГц).
Підсилювачі НЧ на цифрових мікросхемах
На рис. 1 - 3 показані прості схеми УНЧ. Підсилювач (рис. 1) при напрузі живлення 9 і R2=1 кОм має параметри, наведені в таблиці 1 [F 8/82-381].
Мал. 1. Схема каскаду посилення НЧ на цифровій КМОП мікросхемі К561ЛЕ5.
При різних значеннях напруги живлення +Е і R1=1 МОм, R2=0 кОм параметри підсилювача (рис. 1) змінюються (див. табл. 2).
Телефонний підсилювач (рис.2) на основі послідовного включення трьох таких каскадів має посилення порядку 86 дБ у смузі частот 600. 1400 Гц (напруга живлення 9, споживаний струм 2 мА).
Для підсилювача (рис. 3) коефіцієнт посилення визначається ставленням R2 до R1 та длявказаних на схемі номіналів дорівнює 100 [В.Л. Шило]. Вихідна напруга може досягати 90% від напруги живлення: при напрузі живлення 9 напруга змінного струму на виході підсилювача досягає 8 В.
Мал. 3. Схема багатокаскадного підсилювача НЧ на мікросхемі К561ЛЕ5.
Число логічних елементів для реалізації режиму посилення має бути непарним: 1, 3, 5 тощо. Чітне число логічних елементів у пристрої утворює генератор. Тому схемне рішення з числом логічних елементів, що перемикається, можна використовувати, наприклад, при організації дротового зв'язку для переведення пристрою з режиму посилення в режим виклику абонента.
Вузькосмуговий НЧ фільтр
На рис. 4 наведено приклад використання КМОП-мікросхеми як вузькосмугового НЧ фільтра [Fs 8/79-134]. Робоча частота фільтра визначається як f=1/2nRC, де R і С параметри резисторів і конденсаторів.
Мал. 4. Схема вузькосмугового НЧ фільтра на цифровій мікросхемі К561ЛЕ5.
Добротністю фільтра (крутизною, гостротою спаду чи підйому сигналу від частоти) можна керувати, перебудовуючи потенціометр R3.
На основі кількох подібних фільтрів, налаштованих на різні частоти, може бути зібрано пристрій музики кольору. Для цього достатньо на виході фільтрів увімкнути найпростіші підсилювачі постійного (або змінного) струму, навантажені на світловипромінюючі прилади (світлодіоди, лампи розжарювання).
Виділені фільтрами низькочастотні сигнали можна також через каскади, що узгоджують, подавати на керуючі електроди тиристорів або симісторів. Живлять тиристори пульсуючим струмом, симістори - змінним.
Індикатор низькочастотних сигналів
Пристрій конструкції І. Л. Нечаєва (рис. 5) можна використовувати як індикаторнизькочастотних сигналів, амплітуда яких перевищує 2. 3 [Р 10/90-83].
Мал. 5. Схема пробника НЧ сигналів на цифровій мікросхемі К561ЛА7.
При подачі на пробник такого сигналу він випрямляється та надходить на ланцюг живлення пробника. Одночасно випрямлений сигнал управляє роботою внутрішніх генераторів пристрою: виробляються звукові сигнали, що свідчать про наявність на вході надпорогового напруги змінного струму. Сила звуку пропорційна амплітуді сигналу, що тестується.
Функціональний генератор (прямокутник, пилка, синус)
Мал. 6. Схема функціонального генератора на мікросхемі К561ЛЕ5.
На основі КМОП-мікросхем може бути зібраний функціональний генератор (рис. 6) [В.Л. Шило]. До таких генераторів відносять пристрої, що виробляють сигнали різної форми, що синхронно змінюються в часі. Пристрій виробляє сигнали прямокутної форми (вихід 1), трикутної форми (вихід 2) та синусоїдальний сигнал (вихід 3).
На перших двох інверторах виконано звичайний генератор прямокутних імпульсів. Співвідношення пауза – тривалість імпульсу регулюється потенціометром R1. Наступний каскад є інтегратором.
На його виході синтезується сигнал, що формою наближається до трикутного. Форма цього сигналу регулюється в деяких межах потенціометр R6. Останній, четвертий інвертор мікросхеми працює у режимі посилення (див. рис. 3).
За рахунок неідеальності передачі сигналу трикутної форми (його згладжування) на виході підсилювача форма сигналу наближається до синусоїди. Великий ступінь наближення до синусоїди можна отримати після найпростішого фільтра, що виділяє першу та пригнічує вищі гармоніки.
Недоліком функціональних генераторів є складність їх перебудовиза частотою, т.к. умови формування сигналів необхідної форми із зміною частоти змінюються, незмінним формою залишається лише сигнал прямокутної форми.
Радіоприймач прямого посилення
На базі логічних елементів КМОП можуть бути створені інші радіоелектронні пристрої, наприклад, радіоприймач прямого посилення (рис. 7) [Р 6/82-51].
Радіоприймач здатний працювати в діапазоні довгих хвиль, і з погіршенням чутливості в діапазоні середніх хвиль. Чутливість цього приймача, як та інших приймачів прямого посилення невисока.
Мал. 7. Схема радіоприймача прямого посилення на цифровій мікросхемі К561ЛЕ5.
Вхідний каскад приймача виконано першому інверторі мікросхеми. Як вхідний коливальний контур, що визначає частоту прийому, можуть бути використані елементи вхідного ланцюга будь-якого старого (транзисторного або лампового) радіоприймача, котушки індуктивності або магнітні антени спільно з конденсатором змінної ємності, див. розділ 14.
Для підвищення гучності прийому до коливального контуру приймача рекомендується підключити зовнішню антену та заземлення. Виділений вхідним коливальним контуром та посилений першим каскадом сигнал надходить на амплітудний детектор, виконаний на діодах VD1 та VD2 за схемою подвоєння напруги.
Далі сигнал низької частоти виділяється на опорі R2, а високочастотна складова шунтується на землю конденсатором С4.
Звуковий сигнал може бути додатково посилено, якщо до виходу радіоприймача підключити зовнішній УНЧ. На основі логічних елементів можуть бути створені пристрої, що дозволяють здійснити перехід від аналогових сигналів до цифрових.
Формувач імпульсів
Формувач імпульсів (мал.8) має високу чутливість [Рл 7/92-11]. При амплітуді аналогового сигналу на вході, що перевищує 30 мВ, на виході формується сигнал прямокутної форми з амплітудою, що близька до напруги джерела живлення (9 В).
Мал. 8. Схема формувача імпульсів на цифровій мікросхемі К561ЛЕ5.
Перший каскад пристрою є підсилювач-обмежувач імпульсів. Обмеження імпульсів по амплітуді відбувається за рахунок використання включених зустрічно-паралельно кремнієвих діодів. Наступні каскади формують вихідний сигнал прямокутної форми.
Література: Шустов М.А. – Практична схемотехніка (Книга 1), 2003.