Материал: Применение интегральных схем (1984)

7.3. Трехдекадный счетчик событий

Описанные выше в данной главе счетчики можно доволь­но легко переделать в Трехдекадный счетчик событий, спо­собный считать до 999. Для этого нужно только изменить режим работы синхронизатора типа 555. Вместо того чтобы использовать любую произвольно выбираемую тактовую ча­стоту, можно сделать так, чтобы синхронизатор вырабаты­вал один импульс счета каждый раз, когда нажимается кноп­ка «Отсчет» (см. рис. 7.5). Эта схема при включении элек­тропитания начинает отсчет с нуля, т. е. счетчик устанавливается на нуль каждый раз, когда переключатель Кл1 пе-» реводится из положения «Сброс» в положение «Вкл».

Рис. 7.5. Трехдекадный счетчик событий.

ИC₁ — таймер типа 555; ИС₂ — 3-декадный двоично-десятичный счетчик типа МС14553; ИС₃ — преобразователь двоично-десятичного кода в 7-сег-м-ентный типа 4543 или МС14543; Д[ — маломощный выпрямительный диод; Ri — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R₂, R₃ — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; Я₄ — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; Ci, С₃, С₄ — конденсатор 0,1 мкФ; С₂ — конденсатор 0,01 мкФ; Кл₂ — нормально разомкнутый кнопочный пере­ключатель.

После этого отсчет происходит при каждом нажатии на кнопку «Отсчет». Схема счетчика сконструирована таким об­разом, что для получения каждого следующего отсчета (из­менения выходного числа на единицу) необходимо отпустить и нажать кнопку. Иными словами, при удержании кнопки «Отсчет» в нажатом состоянии счет продолжаться не будет,

После того как схема будет собрана и готова к проверке, следует поставить переключатель К.Л1 в положение «Сброс» (т. е, «выключено»). При этом на трехзначном индикаторе, подключенном к схеме, ничего не воспроизводится. При пе­реводе переключателя в положение «Вкл» на индикаторе должны воспроизвестись три нуля, которые остаются, пока не будет нажата кнопка «Отсчет», после чего на индикаторе по­является цифра «1». Далее при каждом нажатии кнопки по­казания индикатора должны возрастать на единицу, Для установки счетчика на нуль и возобновления отсчета не­обходимо на 1 — 2 с поставить переключатель Кл1 в положе­ние «Сброс».

7.4. Простой цифровой секундомер

Для рассматриваемого здесь практического применения секундомером называется счетчик, который можно устано­вить на нуль и держать в нулевом положении отсчета в те­чение любого периода времени. По истечении этого периода счетчик начинает отсчет с постоянной частотой до момента, пока другим переключателем не будет остановлен отсчет. При этом на индикаторе будет воспроизводиться величина ис­текшего периода времени.

Рис. 7.6. Трехдекадный секундомер.

ИC₁ — таймер типа 555; ИС₂ — 3-декадный двоично-десятичный счетчик типа МС14553; ИС₃ — преобразователь двоично-десятичного кода в 7-сег-меытный типа 4543 или МС14543; R₁ — потенциометр 1 МОм; ri — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; К₃ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R₄, Rs — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; С₁ — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С₂ — конденсатор 0,01 мкФ; С₃ — конденсатор 0,1 мкФ

Такую работу секундомера довольно удовлетворительно выполняет схема на рис. 7.6. Этот счетчик не дает такой вы­сокой точности, как часы-секундомер, но его вполне можно использовать для контроля времени при различных процес­сах, не требующих высокой точности.

Внимательный читатель, должно быть, заметит, что эта схема весьма похожа на схему трехдекадного счетчика со сбросом при включении электропитания, который показан на рис. 7.4. Действительно, обе схемы имеют много общего.

Как и все счетчики, описанные в данной главе, этот счет­чик следует подключить к трехзначному индикатору, пог казанному на рис. 7.1. После сборки по схеме, показанной на рис. 7.6, необходимо переключатель Кл₂ поставить в по­ложение «Вкл», а переключатель Кл] — в положение «Выкл». При этом на индикаторе ничего не воспроизводится. Далее надо поставить переключатель Кл] в положение «Вкл», что производится в начале измерения какого-либо временного интервала. При этом на индикаторе будет происходить отсчет с нуля с постоянной частотой. Частота отсчета может регулироваться до необходимой величины с помощью регу­лятора частоты, например с периодичностью 1 с для секун­дометрирования.

При переходе переключателя Кл2 в положение «Стой» от­счет должен немедленно прекратиться. Этот перевод пере­ключателя производится в момент окончания контролируе­мого процесса. При измерении другого временного интервала отсчет возобновляется.

Следует учесть, что такой секундомер использовать не­сколько сложнее, чем обычный. Было бы удобнее иметь три кнопки различного назначения: одну — для установки счет­чика на нуль, другую — для запуска отсчета и третью — для остановки отсчета. Для этого нужно ввести дополнительные схемы, что выходит за рамки данной книги.

Как было сказано выше, секундомер может считать до 999 с, если с помощью регулятора частоты в счетчике уста­новлена частота отсчета 1 Гц. Секундомер можно исполь­зовать также для отсчета с точностью до 0,1 с при установке регулятора на частоту отсчета 10 Гц. При этом счетчик опять же будет отсчитывать от 000 до 999, однако правая цифра теперь будет показывать время с дискретностью 0,1, т. е., иными словами, секундомер измеряет временные интервалы от 0 до 99,9 с.

Между прочим, если радиолюбитель хочет воспроизводить на индикаторе И₁ точку, разделяющую единицы и десятые доли числа, необходимо его вывод индикации разделительной точки подключить к отрицательной клемме источника пита­ния («земля») через резистор с сопротивлением 150 Ом. Та­ким путем можно воспроизводить разделительную точку в любом месте получаемых трехзначных чисел.

Глава 8 усилители низкой частоты

В обычном представлении низкочастотный усилитрль представляет собой устройство, которое повышает напряже­ние, ток или мощность низкочастотных электрических сиг­налов. Существуют разные мнения относительно диапазона частот низкочастотных сигналов, однако для устройств, опи­санных в данной книге, выбран диапазон частот, воспринимае­мый человеком, т. е. от 5 Гц до 15 кГц.

Радиолюбитель может найти усилители низкой частоты (УНЧ), как части других устройств, описанных в разных гла­вах данной книги. То, что он узнает о низкочастотных схе­мах в этой главе, может помочь ему в дальнейшем при изу­чении, модификации и усовершенствовании других устройств.

8.1. Наиболее общая проблема, связанная с уни низкой частоты

Разработчики электронных устройств, начинающие ра­диолюбители, а вместе с ними и опытные специалисты по электронике часто сталкиваются с проблемой самовозбуж­дения усилителей низкой частоты (УНЧ).

Многие радиолюбители хорошо знают, что происходит при оборудовании какого-либо помещения акустической системой. После подключения всех микрофонов и громкоговорителей к электронному усилителю, включения его и поворота регуля­тора усиления раздается пронзительный звук, т. е. усилитель переходит в автоколебательный режим в результате возник­новения обратной связи.

Это явление характерно не только для акустических си­стем в больших аудиториях, но и может возникать в неболь­ших устройствах, собираемых радиолюбителем. Что ка­сается акустических систем, то в них самовозбуждение возни­кает в результате того, что звук частично попадает в микро­фон, усиливается и поступает с более высокой мощностью в громкоговоритель. Далее этот же звук снова попадает в микрофон, еще более усиливается и опять с еще большей мощностью направляется в громкоговоритель. Таким обра­зом сигнал многократно усиливается, что приводит к возник­новению пронзительных звуков,

Для исключения подобной обратной связи существуют два способа. Один из них заключается в снижении коэффициента усиления УНЧ, что понижает звучание громкоговори­теля до уровня, не влияющего на работу микрофона. Другим способом является такое изменение взаимного положения микрофона и громкоговорителя, при котором звук из громко­говорителя не попадает в микрофон. В обоих случаях основ­пая идея заключается в том, чтобы прервать обратную связь, вызывающую самовозбуждение усилителя.

Аналогичная проблема может возникнуть у радиолюбите­ля при сборке небольших усилительных устройств. Если ми-крофон будет находиться слишком близко к громкоговорите­лю или если коэффициент усиления усилителя будет выбран слишком большим, то может возникнуть тот же пронзитель­ный звук.

Однако практически самовозбуждение усилителя возникает не только при подключении к нему микрофона или громкого­ворителя. Оно может также создаваться и самой проводкой усилителя. В этом случае принцип самовозбуждения тот же, но источник его уже другой.

Внутрисхемное самовозбуждение создает иногда высоко­тональные звуки, но часто они имеют характер стрекотания, и похожи на звуки, возникающие при работе двигателя мо­торной лодки, т. е. низкочастотные пульсации.

Одной из самых общих причин внутрисхемного самовоз­Суждения является низкая мощность источника питания. Ра« диолюбитель, должно быть, заметил, что портативные радио­приемники начинают издавать пронзительные звуки как раз перед полной разрядкой батарей.

Другой возможной причиной внутрисхемного самовозбуж­дения является использование слишком длинных проводни­ков. При этом колебания, создаваемые проводником, по ко­торому проходит низкочастотный сигнал, могут попадать че­рез воздушный зазор на более чувствительные элементы схемы. В результате возникает обратная связь, вызывающая автоколебания в усилителе.

Однако существуют случаи, когда приходится использо­вать в услителях длинные проводники, например для под­ключения к усилителю дистанционно-устанавливаемого микро­фона. Если такой длинный проводник вызывает самовозбуж­дение, его надо заменить на экранированный провод. Именно поэтому в продаваемых акустических системах микрофонные провода имеют обычно металлическую экранировку.

Усилители, рассматриваемые в данной главе, сконструи­рованы таким образом, чтобы уменьшить возможность воз­никновения внутрисхемного самовозбуждения. Но даже с уче­том этого радиолюбитель может все же столкнуться о воз­буждением схем. В этом случае следует изменить взаимное расположение микрофона, и громкоговорителя. Если такая мера не помогает, необходимо насколько можно укоротить длинные проводники. И уж если это тоже не дает эффекта, то следует последовательно перебрать все проводники, пока не будет найден один или два проводника, перемещение ко­торых влияет на тон или громкость автоколебаний. Тогда устранение самовозбуждения достигается путем изменения длины или положения этих проводников.

8.2. Усилитель низкой частоты общего назначения

Для радиолюбителя, увлекающегося усилительными схе­мами, будет полезен маломощный УНЧ. Схема, показанная на рис. 8.1, может быть собрана в виде небольшого блока, а собственный источник питания напряжением 9 В обеспечи­вает его портативность.

Рис. 8.1. Усилитель низкой частоты общего назначения.

ИС₁ — УНЧ типа LM386; Д₁ — светодиод с красным свечением; R₁ — резистор 330 Ом, 0.25 Вт; R₂ — потенциометр 50 кОм; C₁ — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С₂ — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С% — электролитический конден­сатор 10 мкФ, 35 В.

Этот усилитель может заменить усилительные схемы, ис­пользуемые в других устройствах, которые описаны в данной книге. Наличие такого усилителя поможет сэкономить время и трудозатраты при сборке макета какого-либо звукового устройства. После полной отработки макета портативный усилитель можно заменить внутренней усилительной схемой.

Очевидно, что радиолюбитель должен сначала собрать макет усилителя и проверить его, прежде чем приступать к изготовлению окончательных вариантов платы и корпуса. Дяя проверки усилителя необходимо к выводам «Вход» под­ключить микрофон, а к выводам «Низкочастотный выход» — громкоговоритель. Далее включается питание и регулятор усиления поворачивается по часовой стрелке. Если усилитель работает нормально, то при размещении микрофона перед громкоговорителем возникает пронзительный звук, так как при этом искусственно создается обратная связь.

Чем крупнее громкоговоритель, тем выше качество воспро­изведения звука. Если радиолюбитель использует небольшой громкоговоритель диаметром 50 мм, то звук его голоса будет искажаться. Поэтому при воспроизведении голосов и музыки следует воспользоваться более крупным громкоговорителем. Вместе с тем небольшой громкоговоритель вполне годится для средств охранной сигнализации и создания различных звуковых эффектов.

Следует заметить, что в усилителе имеется индикатор в виде светодиода, зажигание которого указывает на включе­ние электропитания. Без такого индикатора радиолюбитель может забыть о том, что усилитель включен, и в результате батареи могут полностью разрядиться.

8.3. Выходной усилитель для кассетных магнитофонов

В большинстве серийно выпускаемых кассетных магнито­фонов возникает ряд существенных проблем при попытке воспроизводить звук с более высокой, чем предусмотрено в нем, громкостью. В частности, при полном повороте регуля­тора громкости происходят сильные и неприятные на слух искажения звука. При этом голос говорящего или поющего звучит так, будто его рот набит ватой.

Один из способов исключения подобных явлений заклю­чается в подключении гнезда «Головной телефон» в магнито­фоне к внешнему усилителю, например уже описанному ранее (см. рис. 8.1). При этом регулятор громкости магнитофона выводится на уровень, не дающий искажений, а внешний усилитель обеспечивает дополнительное усиление звука. Ра­диолюбитель в этом случае может использовать более круп­ные громкоговорители для улучшения качества звучания.

Единственной проблемой при таком способе является под­бор штеккера, который подходил бы к гнезду головного те­лефона (наушникам) магнитофона. Эту проблему можно ре­шить, пожертвовав головным телефоном, который придается комплекту магнитофона. У провода головного телефона отре­зается штеккер, оголяются два его проводника, которые под­соединяются к входным выводам внешнего усилителя, а штек­кер вводится в гнездо магнитофона.

Теперь радиолюбитель может слушать более громкое не­искаженное звучание своего небольшого кассетного магни­тофона. К тому же усилителю на рис. 8.1 могут параллельно подключаться два громкоговорителя с сопротивлением 8 Ом, которые можно размещать раздельно вдали от магнитофона.