7.3.1 Собрать схему по рисунку 1в программе EWB работу классической схемы триггера Шмитта на двух транзисторах (VT1и VT2) с эмиттерными связями (см. рисунок 7.1).
Рисунок 7.1- Классическая схема триггера Шмитта
7.3.2 Входной сигнал от функционального генератора FG подается на вход In (база VT1) и канал А осциллоскопа OSC, а выходной снимается с вывода Out (коллектор VT2) и подается на канал В.
7.3.3 Для снятия передаточной характеристики триггера выставим режим генерирования сигналов треугольной формы, с параметрами показанными на рисунке 7.2.
Рисунок 7.2
Для того, чтобы получить зависимость выходного напряжения от входного, на осциллоскопе выберем режим развертки типа В/A (см. рисунок 7.3).
Рисунок 7.3- Выбор режима развертки B/A
Поскольку далее для сравнения будет выполняться моделирование ТШ на типовых базовых логических элементах(DD1 и DD2), то схема предусматривает коммутацию приборов ключами [Space] и [C]. В данном же случае ключи [Space] должны находиться в верхнем положении, а ключ [C] – в любом. Включив моделирование, получим на экране характерную петлю гистерезиса (см. рисунок 7.1).
7.3.4 Характерный гистерезис – отставание величины выходного напряжения от входного. Если частоту следования импульсов уменьшить в десять раз (для этого надо воспользоваться установочными кнопками в окошке Frequency функционального генератора), то можно визуально пронаблюдать, как по мере роста напряжения вычерчивается вся кривая, проходя фигуру против часовой стрелки. Такой своеобразный вид передаточной функции триггера обусловлен его переключением под действием входного напряжения, регулируемого двумя обратными связями: положительной ОС со второго каскада на первый за счет общего резистора R4 и отрицательной ОС по току через этот же резистор, когда открыт транзистор VT1.
7.3.5 Переключите генератор на режим синусоидальных колебаний, а осциллоскоп на развертку сигналов во времени (Y/T), получите синусоидальные колебания на входе, которые превращаются в синфазные (по основной гармонике) прямоугольные колебания на выходе триггера (см. рисунок 7.4), поскольку в данном случае реализован неинвертирующий триггер Шмитта.
Рисунок 7.4- Вид колебаний на входе и выходе триггера
В комплекте базовых логических элементов программы EWB имеется инвертирующий триггер Шмитта (см. компонент DD1 на схеме рисунок 7.1). Для снятия передаточной характеристики этого триггера надо перевести переключатели [Space] в нижнее, а ключ [C] – в левое положение. Установив режим развертки в положение B/A, а генератор на треугольную форму колебаний, получить передаточную характеристику. В ней обход петли гистерезиса наблюдается по часовой стрелке. Если подать теперь на вход ТШ DD1 синусоидальные колебания, на его выходе (в точке С) получатся противофазные (по основной гармонике) колебания прямоугольной формы. Эти колебания можно превратить в синфазные, снимая сигнал с инвертора DD2 (переведя ключ [C] в правое положение).
7.3.6 Триггеры Шмитта позволяют эффективно отфильтровать шумы на пологих фронтах сигналов и являются незаменимыми для стыковки схем с медленно меняющимися сигналами (<1Гц) с логическими устройствами типа счетчиков и регистров, на их основе можно построить генераторы и другие устройства.
На рисунке 7.5 показано использование ТШ для отстройки от высокочастотной помехи, а на рисунке 7.6 – простейший генератор прямоугольных импульсов на его основе.
Рисунок 7.5 - Схема для отстройки от ВЧ помехи и получения осциллограмм входных и выходных сигналов
Рисунок 7.6 - Схема простейшего генератора прямоугольных импульсов и получения осциллограмм сигнала на выходе генератора
В состав ИМС входят инвертирующие триггеры Шмитта, например, ТТЛ 7414 содержит шесть подобных триггеров, а микросхема КМОП 4093 (аналог К561ТЛ1) состоит из четырех ТШ, на входе каждого из которых стоит двухвходовой элемент И-НЕ.
7.3.7 Описание простейшего устройства, позволяющего подать сигнал тревоги. Пример ваш автомобиль или мотоцикл лишь слегка изменит свое вертикальное положение, например, чуть-чуть качнется. В основе этого электронного сторожа датчик положения, в виде вертикальной металлической трубки, в верхней части которой на шарнире вдоль ее оси свободно подвешен металлический стержень. Трубка заземляется на корпус охраняемого объекта, а внутренний стержень в области подвеса напротив изолируется от корпуса и снабжается выводом к электронному блоку.
7.3.8 Схема электронного блока, входящего в набор NS011 показана на рисунке 7.7
Рисунок 7.7 - Схема электронного блока охранного устройства
Здесь она выполнена средствами программы EWB и несколько отличается от оригинальной (входящей в комплект), но и назначение ее иное: это виртуальная модель, работу которой можно проверить на компьютере. В основе блока лежит микросхема СD 4093, содержащая триггеры Шмитта. На рис. 7 “растащите” эту микросхему поэлементно, дополнив два первых триггера (DD1.2 и DD1.4) расширением входов по И (DD1.1 и DD1.3). Типы выходного транзистора VT1, электромагнитного реле - RL1 и зуммера - BUZZER взяты произвольно, но так чтобы модель была работоспособной. Для подбора этих компонентов в схему дополнительно включен амперметр, регистрирующий выходной ток (в пренебрежении током базы). Остальные номиналы и нумерация выводов ИМС соответствуют оригиналу. После изложенного выше (см. раздел “Триггер Шмитта”) нетрудно видеть, что на элементах DD1.1…DD1.4 выполнен автогенератор, а ТШ DD1.5 является формирователем импульсов. Выходной каскад на VT1 представляет собой усилитель, нагрузкой которого служит электромагнитное реле RL1, к нормально разомкнутым контактам которого подключено устройство для звуковой сигнализации. После включения моделирования программа автоматически ведет расчет и выводит в онлайновом режиме результаты. Если замкнуть ключ [S] на землю, то у светоизлучающего диода (LED) зачернятся выходные стрелки (анимация), амперметр начнет показывать некоторый ток (который будет возрастать) и из штатного динамика ПК (если там таковой имеется) раздастся тональный сигнал тревоги.
Ту же схему повторим используя графический интерфейс корпусов ИМС (см. рисунке 7.8), и проведем на ней те же испытания.
Рисунок 7.8 - Моделирование схемы электронного блока охранного устройства при помощи компьютера
Конечно, возможности моделирования гораздо шире, например, можно подключить осциллоскоп к разным точкам схемы и наблюдать в реальном режиме времени, протекающие там процессы, можно заняться параметрической оптимизацией или схемными изменениями и т.д. и т.п. Однако, можно собрать натуральное охранное устройство, иначе, возможно, уже и охранять-то будет нечего. Кроме того, надо обязательно проверить практикой теорию, т.к. в отрыве от практики она никому и не нужна.
Теперь, запасаясь терпением, надо выполнить сборку устройства согласно приведенной фотографии (см. рисунок 7.9) и монтажной схеме (см. рисунок 7.10), наладить его, разместить на охраняемом объекте в укромном месте и можно спокойно спать, пока оно Вас не разбудит…
Рисунок 7.9- Внешний вид устройства Рисунок 7.10- Монтажная схема охранной сигнализации
Список литературы
1. Т.М.Жолшараева. Схемотехника.Учебное пособие. Алматы.2010.81 с.
3. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. Под ред. О.П.Глудкина. – М.: Горячая линия‑Телеком. 2005, – 768 с.
4. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб.для вузов – М.: Высш. шк., 2006, – 800 с.
5. Дитмар Бенда-Поиск несправностей в электрических схемах.-Санкт-Петербург-БХВ-Петербург, 2010-245 с.
6. Пейтон А.Дж, Волш.В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. – М..: Бином, 1994. – 352 с.
7. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. Справочное пособие /Под ред. С.В.Якубовского. – М.: Радио и связь, 1985. – 432 с.
8. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. – М.: Радио и связь, 2005. – 320 с.
9. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС. – М.: Мир, 1985. – 572 с.
10. Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. ‑3-е изд. – БИНОМ.Лаб.знаний, 2004. – 448 с.
11. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. – СПб.: КОРОНА принт, Бином Пресс, 2006. – 416 с.
15. Т.М.Жолшараева. Электроника. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов всех форм обучения специальности 050702 – Автоматизация и управление. – Алматы: АИЭС, 2008. – 22 с.
16. Шанаев О.Т. Система моделирования Electronic Workbench / на казахском и русском языках. – Алматы: АИЭС, 2003.
17. Нефедов А.В. Транзисторы для бытовой, промышленной и спе-циальной аппаратуры: Справочное пособие. – М.: Солон-Пресс, 2006. – 600 с.
18. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. /Под редакцией Б.Л.Перельмана. – М.: Радио и связь, 1982. – 656 с.
