Генрих Кардашев - Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

Другой способ, который мы выбираем, заключается в использовании идеальных приборов. Это приведет к некоторым количественным отклонениям поведения моделей, но, по крайней мере, качественная (и даже полуколичественная) картина будет правильной. При желании (или при необходимости) от подобных идеализированных схем можно перейти и к более точным моделям.

Из особенностей принципиальной схемы (рис. 101, а), на которые необходимо обратить внимание при создании виртуальной модели в программе EWB и при монтаже реального устройства, отметим полярность электролитических конденсаторов и батареи питания. Нумерация узлов соответствует разметке печатной платы А503. В качестве выходного устройства ВА1 в модели использован схемный компонент Buzzer (зуммер, пищик). Он выбирается на панели Indicators, а затем редактируется по рабочей частоте, напряжению и току (см. рис. 101, б). Нажимаем на управляющую клавишу [Space]. Из динамика ПК раздаются отрывистые звуки. Не удивляйтесь тому, что при испытаниях модели они сильно отличаются от звуков реального звонка. Это связано с тем, что в модели Buzzer является узкополосным электроакустическим преобразователем, тогда как реальный динамик — широкополосный. Кроме того, как уже отмечалось ранее, этот схемный компонент имеет собственные частотные установки.

Характер выходного сигнала можно пронаблюдать на осциллоскопе. Для этого в схемах вводится дополнительно к прилагаемым инструкциям заземление и включается осциллоскоп. При установке соответствующим образом его настроек на осциллограмме видна типичная картина периодической последовательности импульсов (см. рис. 101, в). Варьируя параметры RC-цепей можно изменять как частоту следования импульсов, так и их форму, что отражается на спектральном составе звука громкоговорителя (Buzzer, конечно, эти детали не воспроизводит).

Рабочая частота мультивибратора определяется номиналами резисторов и конденсаторов (R1, R2, и С1). Резисторы R3, R4 и конденсатор С2 определяют тембр звучания, a Cd — скорость изменения тональности звонка (согласно инструкции резистор R2 «закорочен», а конденсатор С3 не включен и поэтому не введен в схему модели).

Я нажал звонок знакомый.

Он ответил мне, звеня…

С. Маршак

Чтобы собрать реальный звонок, воспользуемся комплектом Мастер КИТ NK038. Собрав звонок по инструкции и настроив его звук по тембру и громкости, можно поместить все устройство в подходящую коробочку.

Пронзительный звук дверного звонка хорошо слышен на большом расстоянии. После нажатия на кнопку SA1, громкость звука нарастает до максимального значения в течение 60 секунд, а затем плавно снижается (виртуальная модель, описанная выше, демонстрирует работу только в начальные моменты пуска). Небольшие размеры и достаточно большая громкость звучания позволяют использовать устройство в качестве сирены в охранных системах, при изготовлении моделей и модернизации игрушек, а также при создании различных звуковых эффектов во время игр.

В одно касание

Радиолюбители могут доработать данное устройство или собрать новое так, чтобы не требовалось проявлять особых усилий при нажатии на кнопку, заменив ее на сенсорную. Пример соответствующей схемы, аналогичной рассмотренной выше представлен на рис. 102.

Рис. 102. Виртуальная модель в EWB сенсорного дверного звонка

Можно также воспользоваться соответствующими наборами, или сенсорного переключателя Мастер КИТ NK126, или сенсорным выключателем Мастер КИТ NM4013.

Общий вид дверного звонка показан на рис. 103.

Рис. 103. Общий вид дверного звонка Мастер КИТ NK038

Теперь остается ждать дорогих гостей, а за их маникюр можно уже и не волноваться, так как вместо злосчастной чеховской пуговки ваш звонок предусмотрительно снабжен сенсорной кнопкой.

Особо привередливые меломаны, преуспевшие в электронике, могут далее обратиться к комплекту Мастер КИТ NM5032 и наслаждаться трелью из 7 мелодий.

Электронный сторож

Мой дом — моя крепость.

Крепость, безусловно, требует охраны, а в этом нет равных электронике. Но прежде чем рассмотреть электронного стража, познакомимся с одним необычным электронным устройством, на котором он основан.

В далекие предвоенные годы XX в. радиоинженеров, занимавшихся импульсной техникой, связанной с развитием радиолокации, и другими применениями электроники, мучила вечная проблема выделения полезного сигнала на фоне нерегулярных помех. Искомый импульс цели буквально выуживался из множества ложных импульсов. Соответствующая схема была описана в 1938 году О. Г. Шмиттом и получила название «Триггер Шмитта». В те времена основными компонентами устройств служили электровакуумные приборы (радиолампы). Триггер Шмитта (далее ТШ) был выполнен на двойном триоде, как двухкаскадный усилитель, охваченный внутренней положительной обратной связью. Связь была слабой и ее глубина подбиралась так, чтобы не возникала устойчивая автогенерация. В результате получилось устройство, которое при превышении входным напряжением некоторого порогового уровня (напряжения срабатывания) скачком переходило на другой устойчивый уровень (напряжение отпускания). Принятая здесь терминология заимствована из релейной техники. Передаточная характеристика ТШ по напряжению имеет вид петли гистерезиса, аналогичный магнитному гистерезису. Поэтому на условно-графических обозначениях ТШ проставляют характерную родовую метку в виде петли гистерезиса. Со сменой компонентной базы ТШ были выполнены на биполярных транзисторах, а затем и по интегральной технологии, они вошли в серии ТТЛ и КМОП микросхем.

Триггеры Шмитта, являясь несимметричными устройствами, значительно отличаются от большинства своих собратьев: таких распространенных триггеров, как RS, JK, D и Т, которые относятся к группе симметричных. Каскады в них не идентичны по своим параметрам и связям между ними, но главное отличие заключается в том, что выходной сигнал в отсутствие входного — однозначно определен. Поэтому подобные триггеры не обладают памятью и используются как спусковые устройства либо для формирования последовательности прямоугольных импульсов из сигналов произвольной формы, например синусоидальных. Вообще, данный тип триггеров ближе к импульсным, нежели к цифровым устройствам.

Рассмотрим в программе EWB работу классической схемы триггера Шмитта на двух транзисторах (VT1 и VT2) с эмиттерными связями (см. рис. 104, а).

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. Для снятия передаточной характеристики триггера выставим режим генерирования сигналов треугольной формы с параметрами, показанными на рис. 104, б. Для того чтобы получить зависимость выходного напряжения от входного на осциллоскопе выберем режим развертки типа В/А (см. рис. 104, в). Поскольку далее для сравнения будет выполняться моделирование ТШ на типовых базовых логических элементах (DD1 и DD2), то схема предусматривает коммутацию приборов ключами [Space] и [С]. В данном же случае ключи [Space] должны находиться в верхнем положении, а ключ [С] — в любом. Включив моделирование получим на экране характерную петлю гистерезиса (см. рис. 104, в).

Рис. 104. Исследование модели в EWB триггера Шмитта:

а — схемная модель; б — установки параметров функционального генератора;

в, г — передаточная характеристика и осциллограмма сигналов неинвертирующего ТШ;

д, е — передаточная характеристика и осциллограмма сигналов инвертирующего ТШ

Как уже отмечалось, в ТШ наблюдается 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. Если теперь переключить генератор на режим синусоидальных колебаний, а осциллоскоп на развертку сигналов во времени (Y/T), то синусоидальные колебания на входе превращаются в синфазные (по основной гармонике) прямоугольные колебания на выходе триггера (см. рис. 104, г), поскольку в данном случае реализован неинвертирующий триггер Шмитта.