The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Home Explore РадиоЛоцман 2020 №02
View in Fullscreen

РадиоЛоцман 2020 №02

Like this book? You can publish your book online for free in a few minutes!
Download PDF
Share

Related Publications

Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by cto.bitv, 2022-05-04 14:01:16

РадиоЛоцман 2020 №02

РадиоЛоцман 2020 №02

Âõîä/ Âõîä/
ïåðâè÷íàÿ ïåðâè÷íàÿ

ñòîðîíà ñòîðîíà

Âûõîä/ Âûõîä/
âòîðè÷íàÿ âòîðè÷íàÿ
ñòîðîíà ñòîðîíà

Ðèñóíîê 1. Â ïåðâîì öèêëå îáðàòíîõîäîâîãî Ðèñóíîê 2. Âî âòîðîì öèêëå îáðàòíîõîäîâî-
ïðåîáðàçîâàíèÿ êëþ÷ ïåðâè÷íîé ñòîðîíû ãî ïðåîáðàçîâàíèÿ êëþ÷ ïåðâè÷íîé ñòîðîíû
çàìêíóò, ÷òî óâåëè÷èâàåò òîê ïåðâè÷íîé ðàçîìêíóò, è òîê èäåò èç âòîðè÷íîé îáìîò-
ñòîðîíû è ìàãíèòíûé ïîòîê òðàíñôîðìà- êè òðàíñôîðìàòîðà â êîíäåíñàòîð. (Èñòî÷-
òîðà/äðîññåëÿ. (Èñòî÷íèê: Âèêèïåäèÿ). íèê: Âèêèïåäèÿ).

îáðàòíîõîäîâîì ïðåîáðàçîâàòåëå òðàíñ- âàòüñÿ êîíäåíñàòîðîì, çàðÿä êîòîðîãî íèêîã-
ôîðìàòîð äîïîëíèòåëüíî ñëóæèò äðîññåëåì äà íå äîëæåí ïàäàòü äî íóëÿ. Íàçâàíèå «îá-
– ìàãíèòíûì óñòðîéñòâîì õðàíåíèÿ ýíåðãèè. ðàòíîõîäîâîé» ïðîèñõîäèò èç-çà ðåçêèõ ïðå-
Ïîìèìî îñíîâíûõ îáìîòîê (ïåðâè÷íîé è âòî- ðûâàíèé öèêëîâ êîììóòàöèè MOSFET, êîòî-
ðè÷íîé), ýòîò òðàíñôîðìàòîð èìååò äîïîëíè- ðûå âûãëÿäÿò êàê âíåçàïíîå èçìåíåíèå
òåëüíûå îáìîòêè, êðèòè÷åñêè âàæíûå äëÿ íàïðàâëåíèÿ òîêà (Ðèñóíîê 3).
ðàáîòû ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ. Îòíîøåíèå ÷èñëà
âèòêîâ îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà âûïîëíÿåò Òî÷êà ïåðåãèáà
äâå ðîëè: óñòàíàâëèâàåò óðîâåíü âûõîäíîãî
íàïðÿæåíèÿ îòíîñèòåëüíî âõîäíîãî è îáåñ- Íàïðÿæåíèå tÇÀÐßÄÀ
ïå÷èâàåò ãàëüâàíè÷åñêóþ èçîëÿöèþ. Ïðè íà ñòîêå
èñïîëüçîâàíèè äîïîëíèòåëüíûõ îáìîòîê MOSFET
îáðàòíîõîäîâàÿ êîíñòðóêöèÿ ìîæåò îäíîâðå-
ìåííî ïîääåðæèâàòü íåñêîëüêî âûõîäîâ. tÐÀÇÐßÄÀ

 îñíîâíîì öèêëå îáðàòíîãî õîäà çàìûêà- Òîê
íèå êëþ÷à ïåðâè÷íîé ñòîðîíû óâåëè÷èâàåò ïåðâè÷íîé
òîê è ìàãíèòíûé ïîòîê â ïåðâè÷íîé îáìîòêå ñòîðîíû
òðàíñôîðìàòîðà/ äðîññåëÿ, ïîñêîëüêó ê ïåð-
âè÷íîé ñòîðîíå ïîäêëþ÷åí èñòî÷íèê ïèòàíèÿ Òîê
(Ðèñóíîê 1). Íàïðÿæåíèå â îáìîòêå âòîðè÷- âòîðè÷íîé
íîé ñòîðîíû îòðèöàòåëüíî èç-çà âñòðå÷íîé ñòîðîíû
îðèåíòàöèè ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé îáìîòîê.
Ñëåäîâàòåëüíî, äèîä ñìåùåí â îáðàòíîì Ðèñóíîê 3. Ôîðìû òîêîâ â îñíîâíûõ óçëàõ
íàïðàâëåíèè è áëîêèðóåò ïðîòåêàíèå òîêà, à ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé ñòîðîí îáðàòíîõîäî-
êîíäåíñàòîð âòîðè÷íîé ñòîðîíû îòäàåò òîê â âîé ñõåìû ïîêàçûâàþò ðåçêèå ñìåíû íàïðàâ-
íàãðóçêó âî âðåìÿ ðàáî÷åé ôàçû. ëåíèÿ è ñêà÷êè. (Èñòî÷íèê: Âèêèïåäèÿ).

 ñëåäóþùåé ôàçå öèêëà êëþ÷ ðàçîìêíóò Ñòàáèëèçàöèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
(Ðèñóíîê 2), ïîýòîìó òîê ïåðâè÷íîé ñòîðîíû îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ êîýôôè-
ñïàäàåò äî íóëÿ è ìàãíèòíûé ïîòîê ïðåðûâà- öèåíòà çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ, óïðàâëÿþùèõ
åòñÿ. Òåïåðü íàïðÿæåíèå âòîðè÷íîé ñòîðîíû êëþ÷îì ïåðâè÷íîé ñòîðîíû.  íåêîòîðûõ
ñòàíîâèòñÿ ïîëîæèòåëüíûì, äèîä îòêðûâàåò- êîíñòðóêöèÿõ äîïîëíèòåëüíî ðåãóëèðóåòñÿ
ñÿ, è òîê èç âòîðè÷íîé îáìîòêè òðàíñôîðìà- ÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ (áîëåå áûñòðîå ïåðå-
òîðà èäåò â êîíäåíñàòîð, ïîïîëíÿÿ åãî çàðÿä. êëþ÷åíèå ïîçâîëÿåò òî÷íåå îòñëåæèâàòü
ðàçíèöó ìåæäó æåëàåìûì è ôàêòè÷åñêèì
 îáðàòíîõîäîâîé ñõåìå âûõîäíîé êîí- âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì). Ýòà îáðàòíàÿ
äåíñàòîð àíàëîãè÷åí âåäðó, êîòîðîå ëèáî ñâÿçü ñ òðåáóåìîé èçîëÿöèåé ìåæäó âõîäîì è
íàïîëíÿåòñÿ (ïåðåçàðÿæàåòñÿ), ëèáî îïîðîæ- âûõîäîì ðåàëèçóåòñÿ ëèáî, êàê ïîêàçàíî íà
íÿåòñÿ (ïèòàåò íàãðóçêó), íî íèêîãäà íå Ðèñóíêå 4à, ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîé îáìîòêè
íàïîëíÿåòñÿ è îïîðîæíÿåòñÿ îäíîâðåìåííî. òðàíñôîðìàòîðà (òðàäèöèîííûé è èñòîðè-
Îáðàçóþùèåñÿ â ðåçóëüòàòå ïóëüñàöèè ÷åñêè ïåðâûé ïîäõîä), ëèáî ñ ïîìîùüþ îïòî-
âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äîëæíû ôèëüòðî- èçîëÿòîðà (Ðèñóíîê 4á).

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÒÀÒÜÈ 51

8:1:1

8.44µH VOUT + CHVG RBIAS1
540µH 12 Â RBIAS2

8.44µH 1300µF RFB

VOUT – (á)

30 … 800 ìÀ (VIN = 20 Â)
30 ìÀ … 3 À (VIN = 80 Â)
50 ìÀ … 4 À (VIN = 160 … 600 Â)

(à)

Ðèñóíîê 4. Â òðàäèöèîííîé îáðàòíîõîäîâîé êîíñòðóêöèè èñïîëüçóåòñÿ òðàíñôîðìà-
òîð/êàòóøêà èíäóêòèâíîñòè ñ êàê ìèíèìóì äâóìÿ ïåðâè÷íûìè îáìîòêàìè è îäíîé âòîðè÷íîé
îáìîòêîé (à). Â íåêîòîðûõ îáðàòíîõîäîâûõ êîíñòðóêöèÿõ äëÿ èçîëÿöèè öåïè îáðàòíîé ñâÿçè
èñïîëüçóþò îïòîïàðó, ôóíêöèîíàëüíî ýêâèâàëåíòíóþ âòîðîé îáìîòêå ïåðâè÷íîé ñòîðîíû (á).

Ðåæèìû ðàáîòû äèìîñòè è ïåðåêëþ÷åíèÿ, à ìåíüøèå ïèêî-
âûå òîêè ïîçâîëÿþò èñïîëüçîâàòü êîìïîíåí-
Îáðàòíîõîäîâûå (è ìíîãèå äðóãèå òèïû òû ôèëüòðîâ ìåíüøèõ ðàçìåðîâ. Îäíàêî
ïðåîáðàçîâàòåëåé) ìîãóò áûòü ñïðîåêòèðî- íåäîñòàòêîì CCM ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå íóëÿ â
âàíû äëÿ ðàáîòû â îäíîì èç äâóõ ðåæèìîâ.  ïðàâîé ïîëóïëîñêîñòè ïåðåäàòî÷íîé ôóíê-
ðåæèìå ïðåðûâèñòîé ïðîâîäèìîñòè (discon- öèè, ÷òî îãðàíè÷èò ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ êîí-
tinuous conduction mode – DCM) òðàíñôîðìà- òóðà ðåãóëèðîâàíèÿ è óõóäøèò åãî äèíàìè-
òîð ìîæåò ïîëíîñòüþ ðàçìàãíè÷èâàòüñÿ â ÷åñêèé îòêëèê. CCM òàêæå òðåáóåò áîëüøåé
êàæäîì öèêëå êîììóòàöèè. Îáû÷íî òàêàÿ èíäóêòèâíîñòè äðîññåëÿ è, ñëåäîâàòåëüíî,
ñõåìà ðàáîòàåò íà ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòå ìàãíèòíîãî êîìïîíåíòà áîëüøåãî ðàçìåðà.
ïåðåêëþ÷åíèÿ ñ ìîäóëÿöèåé ïèêîâîãî òîêà â
ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáîâàíèÿìè íàãðóçêè. Â Óñîâåðøåíñòâîâàíèå îáðàòíîõîäî-
ðåæèìå íåïðåðûâíîé ïðîâîäèìîñòè (conti- âîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ
nuous conduction mode – CCM) òîê âñåãäà
òå÷åò â òðàíñôîðìàòîðå â êàæäîì öèêëå êîì- Êàê è â ñëó÷àå ëþáîé êîíñòðóêöèè èñòî÷-
ìóòàöèè. Ïîýòîìó â òðàíñôîðìàòîðå âñåãäà íèêà ïèòàíèÿ, íåêîòîðûå èçìåíåíèÿ è óëó÷-
ïðèñóòñòâóåò íåêîòîðàÿ îñòàòî÷íàÿ ýíåðãèÿ, øåíèÿ ìîãóò ïðåâðàòèòü õîðîøèé èñòî÷íèê â
ïîñêîëüêó êàæäûé öèêë ïåðåêëþ÷åíèÿ íà÷è- î÷åíü õîðîøèé.  DCM ñóùåñòâóåò ìåðòâîå
íàåòñÿ ðàíüøå, ÷åì òîê óñïåâàåò ïîëíîñòüþ âðåìÿ èëè «ðåçîíàíñíûé çâîí», êîãäà íè
ïðåêðàòèòüñÿ. äèîä, íè MOSFET íå ïðîâîäÿò òîê. Ýòîò çâîí
âîçíèêàåò âñëåäñòâèå âçàèìîäåéñòâèÿ
Ïðè DCM îòñóòñòâóþò ïîòåðè îáðàòíîãî ìåæäó ïåðâè÷íîé èíäóêòèâíîñòüþ òðàíñôîð-
âîññòàíîâëåíèÿ â âûõîäíîì âûïðÿìèòåëå, ìàòîðà è ïàðàçèòíîé åìêîñòüþ êîììóòàöèîí-
òàê êàê â êàæäîì öèêëå êîììóòàöèè åãî òîê íîãî óçëà. Â êâàçèðåçîíàíñíîé ñõåìå ïèêî-
ñïàäàåò äî íóëÿ. Òðåáóåìîå çíà÷åíèå èíäóê- âûé òîê è ÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ ðåãóëèðóþò-
òèâíîñòè ïåðâè÷íîé ñòîðîíû íåâåëèêî è ñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû MOSFET âêëþ÷àëñÿ
ïîçâîëÿåò óìåíüøèòü ðàçìåðû òðàíñôîðìà- â ïåðâîì «ïðîâàëå» ýòèõ ðåçîíàíñíûõ êîëå-
òîðà. Òåîðåòè÷åñêè, êîíñòðóêöèè DCM ïðèñó- áàíèé è ìèíèìèçèðîâàë ïîòåðè.
ùà áîëåå âûñîêàÿ óñòîé÷èâîñòü, ïîñêîëüêó â
ïðàâîé ïîëóïëîñêîñòè åå ïåðåäàòî÷íîé ôóíê- Ñîâðåìåííûå ìèêðîñõåìû êîíòðîëëåðîâ
öèè íåò íóëÿ. Îäíàêî â ðåæèìå ïðåðûâèñòîé ñâîäÿò ê ìèíèìóìó ìíîãèå íåèçáåæíûå ïðî-
ïðîâîäèìîñòè âûõîäíîé òîê èìååò î÷åíü áëåìû ðàçðàáîòêè çàêîí÷åííûõ îáðàòíîõî-
áîëüøèå ïóëüñàöèè, ÷òî, ñîîòâåòñòâåííî, äîâûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, óëó÷øàÿ ïðè ýòîì
òðåáóåò áîëüøèõ ôèëüòðîâ. èõ õàðàêòåðèñòèêè. Íàïðèìåð, âûïóñêàåìûé
Analog Devices êîíòðîëëåð îáðàòíîõîäîâîãî
 îòëè÷èå îò DCM, CCM èìååò íåáîëüøèå ïðåîáðàçîâàòåëÿ LT8316 ïðè âõîäíîì íàïðÿ-
ïóëüñàöèè è ñðåäíåêâàäðàòè÷íûå òîêè. Ýòè æåíèè îò 20 äî 600  ìîæåò íåïîñðåäñòâåííî
áîëåå íèçêèå òîêè óìåíüøàþò ïîòåðè ïðîâî-

52 ÑÒÀÒÜÈ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

VIN D1 T1
20 … 600 Â 10 W 8:4:1
4.7 µF
1 µF 10.5 µH

D2

47 pF VOUT+
54 Â

VIN BIAS 10 k 49.9 k 168 µH 4.7 µF 22 µF
EN/UVLO DCM 100 Â 63 Â
X7S

INTVCC FB 549 k 4.99 k D3 VOUT –
670 µH
4.7 µF LT8316 TC D4 3 … 200 ìÀ (VIN = 20 Â)
GATE 4 … 400 ìÀ (VIN = 50 Â)
SMODE 20 W 8 … 700 ìÀ (VIN = 100 … 600 Â)
100 W
STD6N90K5

VC SENSE T1: SUMIDA 11328-T073
D1: BAV20WS-7-F
10 k IREG/SS GND D2: PDU340
D3: SMBJ188A
50 mW D4: US1MFA

100 nF 56.2 k 1 nF

Ðèñóíîê 5. Çàêîí÷åííûé èçîëèðîâàííûé îáðàòíîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèÿ 20…600 Â
ñ âûõîäíîé ìîùíîñòüþ äî 100 Âò.

îòäàâàòü â íàãðóçêó ìîùíîñòü äî 100 Âò (Ðè- îáëàäàåò óíèêàëüíûì íàáîðîì ôóíêöèé, à
ñóíîê 5), ïîääåðæèâàÿ øèðîêèé äèàïàçîí òàêæå ïîëîæèòåëüíûìè è îòðèöàòåëüíûìè
âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé. õàðàêòåðèñòèêàìè. Îíè äîëæíû áûòü ñîïîñ-
òàâëåíû ñ ïðèîðèòåòàìè ñèñòåìû, èõ òåõíè-
Ðåêîìåíäàöèè, äàííûå â òåõíè÷åñêîì ÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè è ôèíàíñîâûìè
îïèñàíèè, óïðîùàþò âûáîð îáðàòíîõîäîâîãî çàòðàòàìè. Îáðàòíîõîäîâàÿ òîïîëîãèÿ ÿâëÿ-
òðàíñôîðìàòîðà, ïðåäîñòàâëÿÿ òàáëèöó ðàñ- åòñÿ ðåàëüíûì êîíêóðåíòîì â ïðèëîæåíèÿõ
ïðîñòðàíåííûõ ïàð âõîäíûõ/âûõîäíûõ ìîùíîñòüþ äî íåñêîëüêèõ ñîòåí âàòò ïðè
íàïðÿæåíèé è òîêîâ ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè íàïðÿæåíèÿõ îò åäèíèö âîëüò äî êèëîâîëüò, è
èìåíàìè ïîñòàâùèêîâ è äîñòóïíûìè ìîäå- îíà îñîáåííî ïðèâëåêàòåëüíà, êîãäà òðåáóåò-
ëÿìè ñòàíäàðòíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ. Â ñÿ íåñêîëüêî âûõîäíûõ ïîñòîÿííûõ íàïðÿæå-
ðåçóëüòàòå ðàçðàáîòàòü õîðîøóþ îáðàòíîõî- íèé è èçîëÿöèÿ âõîäà/âûõîäà. ÐË
äîâóþ ñõåìó ñòàëî íàìíîãî ïðîùå.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå
Çàêëþ÷åíèå
1. Datasheet Analog Devices LT8304
Ïðè âûáîðå òîïîëîãèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ
èëè ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî 2. Datasheet Analog Devices LT8316
ðàçóìíûõ âàðèàíòîâ, êàæäûé èç êîòîðûõ
3. Datasheet Central Semiconductor CMMR1U-08

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÒÀÒÜÈ 53

Ãåíåðàòîð

íà ìîñòå Âèíà

ñ âíåøíåé ñèíõðîíèçàöèåé

Glen Brisebois

EDN

ÍÍåäàâíî ìíå ïðåäñòàâèëàñü âîçìîæíîñòü õèå õàðàêòåðèñòèêè øóìîâ è èñêàæåíèé ïî
ñðàâíåíèþ ñî ñïåöèàëèçèðîâàííûìè îïåðà-
èññëåäîâàòü ðàáîòó íîâîãî ìèêðîìîùíîãî 6- öèîííûìè óñèëèòåëÿìè è õîðîøèìè ÀÖÏ. Íî
ìåãàãåðöîâîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ íåëüçÿ æå èçìåðÿòü èñêàæåíèÿ è øóìû ñ óðîâ-
(ÎÓ) LTC6255, óïðàâëÿþùåãî 12-áèòíûì íÿìè 90 äÁ, èñïîëüçóÿ èñòî÷íèêè ñ óðîâíåì
ÀÖÏ LTC2361 ñ ÷àñòîòîé äèñêðåòèçàöèè øóìà 60 äÁ. Ïîýòîìó âìåñòî òîãî, ÷òîáû
250 Êâûá/ñ. ß õîòåë ïîëó÷èòü ÁÏÔ ÷èñòîé ïûòàòüñÿ íàéòè ïðàêòè÷åñêè èäåàëüíûé ïðî-
ñèíóñîèäû ÷àñòîòîé îêîëî 5 êÃö. Íî ïðîáëå- ãðàììèðóåìûé ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ, ÿ ðåøèë
ìà â òîì, ÷òî äëÿ ïîëó÷åíèÿ ÁÏÔ ÷èñòîé ñèíó- ñäåëàòü ãåíåðàòîð ñ íèçêèìè èñêàæåíèÿìè íà
ñîèäû… íó, â îáùåì, íóæíà ÷èñòàÿ ñèíóñîè- îñíîâå ñòàáèëèçèðîâàííîãî ëàìïîé íàêàëè-
äà. Îäíàêî áîëüøèíñòâî ïðîãðàììèðóåìûõ âàíèÿ ìîñòà Âèíà, èñïîëüçóÿ ÎÓ ñ óëüòðàíèç-
ãåíåðàòîðîâ ñèãíàëîâ èìåþò äîâîëüíî ïëî- êèìè èñêàæåíèÿìè LT1468-2 (Ðèñóíîê 1).

0.02 µF 0.02 µF Ìåòîä ñòàáèëèçàöèè àìïëèòóäû ñ ïî-
ÏËÅÍÎ×ÍÛÉ ÏËÅÍÎ×ÍÛÉ ìîùüþ ëàìïî÷êè îñíîâàí íà ïîëîæèòåëüíîì
òåìïåðàòóðíîì êîýôôèöèåíòå ñîïðîòèâëå-
1.62k íèÿ åå íèòè, ñòàáèëèçèðóþùåì óñèëåíèå îïå-
ðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ íà òàêîì óðîâíå,
1.62k 15 Â ÷òîáû êîìïåíñèðîâàòü îñëàáëåíèå â 3 ðàçà,
+ âíîñèìîå ìîñòîì Âèíà íà åãî öåíòðàëüíîé
÷àñòîòå. Ïðè óâåëè÷åíèè àìïëèòóäû âûõîä-
ËÀÌÏÎ×ÊÀ LT1468-2 íîãî ñèãíàëà ëàìïà íàêàëèâàíèÿ íàãðåâàåò-
ÍÀÊÀËÈÂÀÍÈß – ñÿ, óâåëè÷èâàÿ ñîïðîòèâëåíèå íèòè è óìåíü-
øàÿ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ è, ñëåäîâàòåëü-
C7 –15  íî, àìïëèòóäó. Ëàìïî÷åê òèïà 327, èñïîëüçóå-
120  ìûõ â òàêèõ ñëó÷àÿõ ÷àùå âñåãî, ó ìåíÿ ïîä
5 Âò ðóêîé íå íàøëîñü, ïîýòîìó ÿ ðåøèë ïîïðîáî-
âàòü ñðàâíèòåëüíî ìàëîìîùíóþ âûñîêîâî-
100 1.24k ëüòíóþ ëàìïî÷êó äëÿ ðîæäåñòâåíñêîé ãèðëÿí-
äû òèïà C7. Åå ñîïðîòèâëåíèå ïðè êîìíàòíîé
(ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ òåìïåðàòóðå ñîñòàâèëî 316 Îì, à èçìåðåíèÿ,
ÀÌÏËÈÒÓÄÛ) ñäåëàííûå ñðàçó ïîñëå èçâëå÷åíèÿ ëàìïî÷êè
èç ìîðîçèëüíèêà (îêîëî –15 °C), ïîêàçàëè
Ðèñóíîê 1.  5-êèëîãåðöîâîì ãåíåðàòîðå 270 Îì. Èñõîäÿ èç ïàñïîðòíûõ çíà÷åíèé 5 Âò,
ñèíóñîèäàëüíûõ êîëåáàíèé ñ íèçêèìè èñêàæå- 120 Â, ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ñîïðîòèâëå-
íèÿìè è øóìàìè íà îñíîâå ìîñòà Âèíà, ñòà-
áèëèçèðîâàííîì ëàìïî÷êîé íàêàëèâàíèÿ, RC-
öåïü îáðàòíîé ñâÿçè â ñåðåäèíå ÷àñòîòíîãî
äèàïàçîíà îñëàáëÿåò óñèëåíèå â 3 ðàçà. Ñàìî-
íàãðåâ ëàìïî÷êè óâåëè÷èâàåò êîýôôèöèåíò
óñèëåíèÿ ÎÓ äî 3.

54 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

0.02 µF 0.02 µF
ÏËÅÍÎ×ÍÛÉ 1.62k ÏËÅÍÎ×ÍÛÉ

1.62k 15 Â ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ ÈÑÑËÅÄÓÅÌÛÅ ÎÓ È ÀÖÏ
+ VDC 3.3 Â
ËÀÌÏÎ×ÊÀ
ÍÀÊÀËÈÂÀÍÈß ÓÑÒÀÍÎÂÊÀ
ÀÌÏËÈÒÓÄÛ
C7
120 Â LT1468-2 ÂÛÕÎÄÀ 1 µF 10k 3.3 Â
5 Âò – +
ÏËÅÍÎ×ÍÛÉ 324 VDD VREF
100 2k 1%

ÏÎÄÑÒÐ. 470 pF CS
NPO AIN LTC2361 SDO
–15 Â LTC6255
1k SCK

– GND 0VDD

1.24k

10k 6.65k ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ
1% 1% ÈÌÏÓËÜÑÎÂ
HP 3325 ADC

22 pF

Ðèñóíîê 2. Ãåíåðàòîð ñ ìîñòîì Âèíà óïðàâëÿåò èññëåäóåìûìè ìèêðîñõåìàìè îïåðàöèîííîãî óñè-
ëèòåëÿ è ÀÖÏ. Ðåçóëüòèðóþùåå ÁÏÔ î÷èùàåòñÿ ïîñëå íàëîæåíèÿ îêíà, íî, êàê ïîêàçûâàåò Ðèñó-
íîê 3, íå äî êîíöà.

íèå õîëîäíîé íèòè ðàâíî 2.8 êÎì. Òàêîé äèà- êîíå÷íî æå, ýòî áûë ÷èñòî àíàëîãîâûé ãåíå-
ïàçîí ñîïðîòèâëåíèé ïîêàçàëñÿ íåñêîëüêî ðàòîð, è íà çàäíåé ïàíåëè ó íåãî íå áûëî ðàçú-
èçáûòî÷íûì äëÿ ñòàáèëèçàöèè óñèëåíèÿ íà åìà ñ íàäïèñüþ «Îïîðíûé âõîä 10 ÌÃö», ñ
óðîâíå 3, ïîýòîìó ÿ ðåøèë íåìíîãî ëèíåàðè- ïîìîùüþ êîòîðîãî åãî ìîæíî áûëî áû ñèí-
çîâàòü åãî ñ ïîìîùüþ ïîñëåäîâàòåëüíîãî õðîíèçèðîâàòü ñ òàêòîâîé ÷àñòîòîé ÀÖÏ.  ðå-
ðåçèñòîðà 100 Îì. çóëüòàòå ÁÏÔ ïîêàçàëî ñóùåñòâåííóþ ñïåê-
òðàëüíóþ óòå÷êó, òàê ÷òî ñïåêòðàëüíàÿ õàðàê-
Ïðè êîýôôèöèåíòå óñèëåíèÿ, ðàâíîì òåðèñòèêà áûëà áîëüøå ïîõîæà íà öèðêîâîé
òðåì, ñóììà ñîïðîòèâëåíèÿ ëàìïû è 100 Îì øàòåð, ÷åì íà îäèíî÷íûé ïèê. Ïðèìåíåíèå ê
äîëæíà ñîñòàâëÿòü ïîëîâèíó îò ñîïðîòèâëå- äàííûì îêîííîé ôóíêöèè Áëýêìàíà-Õàððèñà
íèÿ îáðàòíîé ñâÿçè 1.24 êÎì (òî åñòü, äîëæíà (ñ óðîâíåì áîêîâûõ ëåïåñòêîâ –92 äÁ) äëÿ
áûòü ðàâíà 612 Îì), ïîýòîìó ñîïðîòèâëåíèå óìåíüøåíèÿ óòå÷êè ÁÏÔ ïîçâîëèëî ïîëó÷èòü
ëàìïû äîëæíî óñòàíîâèòüñÿ íà óðîâíå áëàãîîáðàçíóþ êàðòèíêó (Ðèñóíîê 3).
512 Îì. Ïðèáëèçèòåëüíûé ðàñ÷åò òåìïåðà-
òóðíîãî êîýôôèöèåíòà ñîïðîòèâëåíèÿ ÍÅÊÎÃÅÐÅÍÒÍÛÉ, ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ
Î×ÈÙÅÍÍÛÉ Ñ ÏÎÌÎÙÜÞ 92-äÁ ÎÊÍÀ ÁËÝÊÌÀÍÀ-ÕÀÐÐÈÑÀ
316 Îì - 270 Îì = 1.15 Îì / °C 0
25 °C - (-15 °C)
ÍÅ ÏÎÕÎÆÅ ÍÀ –1 dBFS
ïîêàçûâàåò, ÷òî òåìïåðàòóðà íèòè íàêàëà
ëàìïû áóäåò ðàâíà ïðèìåðíî 195 °C. –10

Ãåíåðàòîð çàïóñòèëñÿ îòëè÷íî, âûäàâ –20
õîðîøèé ñèíóñîèäàëüíûé âûõîäíîé ñèãíàë ñ ÌÎÙÍÎÑÒÜ Â ×ÀÑÒÎÒÍÛÕ
÷àñòîòîé 5.15 êÃö è àìïëèòóäîé â íåñêîëüêî ÈÍÒÅÐÂÀËÀÕ ÂÍÅ ÏÈÊÀ
âîëüò. Íåçàâèñèìûå èçìåðåíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî
ïðîäóêòû èñêàæåíèé âòîðîé è òðåòüåé ãàðìî- –30
íèê íàõîäÿòñÿ íà óðîâíå íèæå –120 äÁí. Ñèã-
íàë ãåíåðàòîðà ÿ ïîäàë íà âõîä ÎÓ LTC6255 –40
÷åðåç ðàçäåëèòåëüíûé êîíäåíñàòîð è ðåãóëÿ-
òîðû àìïëèòóäû è ïîñòîÿííîãî ñìåùåíèÿ, –50
èñïîëüçóÿ êîíäåíñàòîðû è ïîòåíöèîìåòðû, VIN = –1 dBFS, 5 êÃö
ïîêàçàííûå íà Ðèñóíêå 2. Àìïëèòóäà áûëà
óñòàíîâëåíà ðàâíîé –1 dBFS (äÁ îò ïîëíîé –60
øêàëû), à ïîñòîÿííûé óðîâåíü áûë ñìåùåí â
ñåðåäèíó âõîäíîãî äèàïàçîíà ÀÖÏ. Íî, FS = 125 Êâûá/ñ
–70

SFDR=89 äÁ

–80
ÊÀÐÒÈÍÀ ÃÀÐÌÎÍÈÊ

–90 ÍÅÒÎ×ÍÀ

–100

–110 512 1024 1536 2048
0

Ðèñóíîê 3. Ýòî 4096-òî÷å÷íîå ÁÏÔ áûëî
ïîëó÷åíî ñ ïîìîùüþ íåñèíõðîíèçèðîâàííîãî
ãåíåðàòîðà ñ 92-äÁ îêíîì Áëýêìàíà-Õàððèñà.
Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî óðîâåíü ïèêà íå
ïîõîæ íà –1 äÁFS, è ÷òî â ÷àñòîòíûõ èíòåð-
âàëàõ âîêðóã ïèêà åñòü ìîùíîñòü.

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 55

Õîòÿ ýòî ÁÏÔ ÿâëÿåòñÿ â îïðåäåëåííîì ìåíòàìè äèñêðåòèçàöèè ÁÏÔ, â òàêîé àáñî-
ñìûñëå òî÷íûì, ïðè áîëåå âíèìàòåëüíîì ëþòíî öèôðîâîé ñðåäå? Ïàññèâíûé ðåæåê-
ðàññìîòðåíèè âûÿâëÿþòñÿ íåêîòîðûå ïðî- òîðíûé ôèëüòð íà 5 êÃö áóäåò áîëüøèì è
áëåìû. Íàïðèìåð, âõîäíîé ñèãíàë óñòàíîâ- ïåðåãðóæåííûì äåòàëÿìè. ß ïîäóìàë î òîì,
ëåí ðàâíûì –1 äÁFS, íî íà ãðàôèêå îí, áåçóñ- ÷òîáû ðàññòðîèòü ãåíåðàòîð ñ ìîñòîì Âèíà,
ëîâíî, âûãëÿäèò ñìåùåííûì íèæå, ÷åì äî óìåíüøèâ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ, è, òåì
óðîâíÿ –1 äÁ. Ïðè÷èíà â òîì, ÷òî äàæå ñàìàÿ ñàìûì, ïðåâðàòèòü åãî â ôèëüòð.
ïðåâîñõîäíàÿ îêîííàÿ ôóíêöèÿ îñòàâëÿåò
íåêîòîðóþ ÷àñòü ìîùíîñòè îñíîâíîé ãàðìî- Íî ïîòîì ìíå ïðèøëî â ãîëîâó, ÷òî ìÿãêîãî
íèêè â ÷àñòîòíûõ èíòåðâàëàõ, ñìåæíûõ ñ àíàëîãîâîãî ñèíóñîèäàëüíîãî òîë÷êà îò
îñíîâíûì ïèêîì. Ïðîãðàììà âêëþ÷àåò ýòè ïóñòü è èñêàæàþùåãî, íî õîðîøî ñèíõðîíèçè-
îñòàòêè â ñâîè ðàñ÷åòû ìîùíîñòè, è ýòî ïðà- ðîâàííîãî âíåøíåãî ãåíåðàòîðà, ìîæåò áûòü
âèëüíî, íî ôàêò â òîì, ÷òî ïèê âûãëÿäèò ñëèø- äîñòàòî÷íî, ÷òîáû ñìåñòèòü ÷àñòîòó ìîñòà
êîì íèçêèì è ïîðòèò âïå÷àòëåíèå îò ïîëó÷åí- Âèíà òóäà, ãäå îíà äîëæíà áûòü. ß ðåøèë
íîãî ðåçóëüòàòà. ïîïðîáîâàòü ââåñòè ñèíóñîèäó íà âõîä îïå-
ðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ñõåìû Âèíà, èñïîëü-
Òî æå ñàìîå ìîæíî ñêàçàòü è î âûñîòå ãàð- çóÿ ïîñëåäîâàòåëüíûé ðåçèñòîð ñ âûñîêèì
ìîíèê; õîòÿ îíè ðàññ÷èòàíû ïðàâèëüíî è ñîïðîòèâëåíèåì, ÷òîáû îäíîâðåìåííî èçáå-
òî÷íû ïî îòíîøåíèþ ê îñíîâíîìó ïèêó, â àáñî- æàòü ïîïàäàíèÿ øóìà è èñêàæåíèé. ß âûáðàë
ëþòíîì âûðàæåíèè îíè òàêæå âûãëÿäÿò ñëèø- 200 êÎì – ïðèìåðíî â 1000 ðàç áîëüøå óæå
êîì íèçêèìè. Òàêèì îáðàçîì, èñïîëüçîâàíèå èìåþùåãîñÿ èìïåäàíñà – è ïîäêëþ÷èë åãî,
îêîí íå ìîæåò çàìåíèòü ñèñòåìó êîãåðåíòíî- êàê ïîêàçàíî â ëåâîé ÷àñòè Ðèñóíêà 4
ôàçîâîé ñèíõðîíèçàöèè. («ÍÎÂÛÉ ÂÕÎÄ»). ß íàñòðîèë Agilent 33250A
íà ñèíóñîèäàëüíûé ñèãíàë 5 êÃö, êîòîðûé
Êîãäà îáíàðóæèëèñü ýòè íåäîñòàòêè, ÿ ïîäàë íà íîâûé âõîä. Íàáëþäàÿ çà âûõîäàìè
îò÷àÿëñÿ, ÷òî ïðèäåòñÿ âñå îïÿòü íà÷èíàòü ñ 33250A è ìîñòà Âèíà ñ ïîìîùüþ îñöèëëîãðà-
÷èñòîãî ëèñòà, èëè æå èñêàòü ñèíõðîíèçèðóå- ôà, ÿ ìåäëåííî íàñòðàèâàë ÷àñòîòó 33250A
ìûé ãåíåðàòîð ñ íèçêèìè óðîâíÿìè èñêàæå- è, íàêîíåö, ñ âîëíåíèåì óâèäåë, êàê ñèíóñîè-
íèé è øóìîâ èëè ñ øèêàðíûì âûõîäíûì äû ñòàëè «ñáëèæàòüñÿ», à çàòåì âîøëè â
ôèëüòðîì. Êàê æå ìíå ñäåëàòü àíàëîãîâûé, çàõâàò.
ïî ñóùåñòâó, ãåíåðàòîð, êîãåðåíòíûé ñ ýëå-

0.02 µF 0.02 µF
ÏËÅÍÎ×ÍÛÉ ÏËÅÍÎ×ÍÛÉ

1.62k

15 Â ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ ÈÑÑËÅÄÓÅÌÛÅ ÎÓ È ÀÖÏ
+ 3.3 Â
1.62k LT1468-2 ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ VDC
–
ËÀÌÏÎ×ÊÀ ÂÛÕÎÄÍÎÉ
ÍÀÊÀËÈÂÀÍÈß –15 Â
1.24k ÀÌÏËÈÒÓÄÛ 1 µF 10k 3.3 Â
C7
120  ÏËÅÍÎ×ÍÛÉ + 324 VDD VREF
5 Âò 2k 1%
ÏÎÄÑÒÐ. CS
100 470 pF AIN LTC2361 SDO
LTC6255 NPO
1k SCK

– GND 0VDD

ÍÎÂÛÉ 200k 10k 6.65k
ÂÕÎÄ 1% 1%

22 pF

ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ ÎÏÎÐÍÀß ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ
ÑÈÍÓÑÎÈÄÀËÜÍÛÕ ×ÀÑÒÎÒÀ 10 ÌÃö ÈÌÏÓËÜÑÎÂ
HP 3325 ADC
ÊÎËÅÁÀÍÈÉ
AGILENT 33250A

Ðèñóíîê 4. Ïðè ôàçîâîé ñèíõðîíèçàöèåé ãåíåðàòîðà îïîðíîé ÷àñòîòîé 10 ÌÃö ãåíåðàòîð ñ íèçêè-
ìè èñêàæåíèÿìè è øóìàìè íà îñíîâå ìîñòà Âèíà ïëàâíî ïîäòàëêèâàåòñÿ ê êîãåðåíòíîñòè ÷åðåç
âûñîêîîìíûé ðåçèñòîð 200 êÎì.

56 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

ÊÎÃÅÐÅÍÒÍÛÉ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ Ñ ÂÍÅØÍÅÉ ÑÈÍÕÐÎÍÈÇÀÖÈÅÉ îòîäâèíóë ÷àñòîòó ãåíåðàòîðà Âèíà îò åãî
0 ñîáñòâåííîé ÷àñòîòû íà æåëàåìîå ðàññòîÿ-
íèå. Ðåçóëüòàòîì áûëî ïî÷òè èäåàëüíîå
ÄÅÉÑÒÂÈÒÅËÜÍÎ ÏÎÕÎÆÅ ÍÀ –1 dBFS ÁÏÔ; âñå èìåþùèå îòíîøåíèå ê àíàëèçó
–10 îñíîâíûå è èñêàæàþùèå ïèêè áûëè ðàñïîëî-
æåíû â óíèêàëüíûõ ÷àñòîòíûõ èíòåðâàëàõ è
–20 áûëè òî÷íî îòîáðàæåíû (Ðèñóíîê 5).

–30 Ïðîãðàììèðóåìûå ãåíåðàòîðû ñèíóñîè-
äàëüíûõ êîëåáàíèé ÷àñòî èìåþò îòëè÷íûå
–40 õàðàêòåðèñòèêè ôàçîâîãî øóìà è âîçìîæ-
íîñòè ñèíõðîíèçàöèè ÷àñòîòîé 10 ÌÃö, íî
–50 îíè òàêæå èìåþò âûñîêèå óðîâíè âûõîäíîãî
VIN = –1 dBFS, 5 êÃö øèðîêîïîëîñíîãî øóìà è èñêàæåíèé. ÁÏÔ
÷óâñòâèòåëüíî êî âñåì ýòèì ôîðìàì èñêà-
–60 æåíèé èñòî÷íèêà ñèãíàëà è, êðîìå òîãî,
èìååò êîíå÷íîå ÷èñëî âûõîäíûõ ÷àñòîòíûõ
–70 FS = 125 Êâûá/ñ èíòåðâàëîâ. Ïðè òåñòèðîâàíèè âûñîêîêà-
Î×ÅÍÜ ÍÈÇÊÈÉ ÓÐÎÂÅÍÜ SFDR=89 äÁ ÷åñòâåííûõ ñèñòåì àíàëîãîâûõ è ñìåøàí-
íûõ ñèãíàëîâ ïðàâèëüíàÿ êîìáèíàöèÿ êëàñ-
–80 ÌÎÙÍÎÑÒÈ ÂÍÅ ÏÈÊÀ ñè÷åñêèõ ãåíåðàòîðîâ ñ ìîñòîì Âèíà ñ ïðî-
ÃÀÐÌÎÍÈÊÈ ãðàììèðóåìûìè ãåíåðàòîðàìè ìîæåò îáåñ-
ïå÷èòü ïðàêòè÷åñêè èäåàëüíûé èñòî÷íèê ñ
–90 ÃÐÀÔÈ×ÅÑÊÈ ÒÎ×ÍÛ ñèíõðîííîé âûáîðêîé, ãåíåðèðóþùèé òî÷-
íûå ÁÏÔ. ÐË
–100
Ìàòåðèàëû ïî òåìå
–110 512 1024 1536 2048
0 1. Datasheet Analog Devices LT1468-2

Ðèñóíîê 5. Áîëåå òî÷íîå ÁÏÔ ïîëó÷åíî ñ 2. Datasheet Analog Devices LTC2361
èñïîëüçîâàíèåì òîé æå ñõåìû ãåíåðàòîðà ñ
ìîñòîì Âèíà, íî ñèíõðîíèçèðóåìîé âíåøíåé 3. Datasheet Analog Devices LTC6255
÷àñòîòîé 5.157 êÃö, ïîäàâàåìîé íà «ÍÎÂÛÉ
ÂÕÎÄ» ÷åðåç ðåçèñòîð 200 êÎì îò ãåíåðàòî-
ðà HP33250A. Çàìåòüòå, ÷òî òåïåðü ïèê
âûãëÿäèò ÿâíî ïðàâäîïîäîáíî ( –1 äÁFS), è
÷òî ìîùíîñòè â ÷àñòîòíûõ èíòåðâàëàõ
âîçëå ïèêà ïî÷òè íåò.

ß ïîäêëþ÷èë 10-ìåãàãåðöîâûé êàëèáðî-
âî÷íûé ñèãíàë ñ çàäíåé ïàíåëè è èçìåíèë
÷àñòîòó 33250A íà 5.157 êÃö – áëèæàéøèé
êîãåðåíòíûé ÷àñòîòíûé èíòåðâàë ÁÏÔ. Ñèíó-
ñîèäû îñòàâàëèñü â çàõâàòå, è ïðîãðàììèðó-
åìûé ãåíåðàòîð 33250A óñïåøíî íåìíîãî

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 57

Êàê ìû

ïðåâðàùàëè À. Ðóñó Ê. Èëü÷åíêî

òåïëî â ýëåêòðè÷åñòâî

(îñîáåííîñòè ïðèìåíåíèÿ

òåðìîãåíåðàòîðîâ)

Àëåêñàíäð Ðóñó (ã. Îäåññà, Óêðàèíà), Êèðèëë Èëü÷åíêî (ã. Êèåâ, Óêðàèíà)

ÂÂîïðîñû ïîëó÷åíèÿ áåñïëàòíîé ýíåðãèè ýíåðãèè îêðóæàþùåé ñðåäû (Energy Harves-
ters) ïîêà åùå îñòàþòñÿ âñåãî ëèøü çàáàâîé
íå äàâàëè ïîêîÿ ÷åëîâåêó åùå ñ íåçàïàìÿò- äëÿ íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà ôàíàòîâ ýòîãî
íûõ âðåìåí, à ïîñëå ÷åðåäû ïðîìûøëåííûõ íàïðàâëåíèÿ, ëèáî íå ïîíèìàþùèõ äî êîíöà
ðåâîëþöèé, êîãäà ýíåðãèÿ ïî ñâîåé çíà÷è- ñóòè çàêîíîâ ïðèðîäû, ëèáî èìåþùèõ ìíîãî
ìîñòè ñòàëà ýêâèâàëåíòíà âîäå è ïðîäóêòàì ñâîáîäíîãî âðåìåíè è ñðåäñòâ äëÿ ïîäîáíûõ
ïèòàíèÿ, àêòóàëüíîñòü ýòîãî âîïðîñà ëèøü ýêñïåðèìåíòîâ.
âîçðîñëà. Íî åñëè âå÷íûé äâèãàòåëü, êàê
óòâåðæäàþò ôèçèêè, ñêîíñòðóèðîâàòü íåâîç- Òîëüêî âðåìÿ íå ñòîèò íà ìåñòå, è äâàä-
ìîæíî, òî èçâëå÷ü ýíåðãèþ èç îêðóæàþùåé öàòü ïåðâûé âåê óæå ïîäàðèë ìíîæåñòâî
ñðåäû âïîëíå ðåàëüíî íå òîëüêî òåîðåòè÷åñ- íîâûõ íàïðàâëåíèé â ðàäèîýëåêòðîíèêå,
êè, íî è ïðàêòè÷åñêè. àíàëèçèðóÿ êîòîðûå ìîæíî âûäåëèòü äâå
óñòîé÷èâûå òåíäåíöèè. Âî-ïåðâûõ, åñëè åñòü
Íà ñåãîäíÿøíèé äåíü ñóùåñòâóåò ðÿä ïðî- õîòü ìàëåéøàÿ òåõíè÷åñêàÿ âîçìîæíîñòü, òî
åêòîâ, ïîçâîëÿþùèõ ïðåîáðàçîâàòü â ýëåê- óñòðîéñòâà ñòàðàþòñÿ äåëàòü áåñïðîâîäíû-
òðè÷åñòâî ñâåò, çâóê, âèáðàöèþ, òðåíèå, òåì- ìè. Âî-âòîðûõ, ýíåðãîïîòðåáëåíèå ñîâðå-
ïåðàòóðó, êîëåáàíèÿ òåìïåðàòóðû, ýëåêòðî- ìåííûõ ïðèáîðîâ, äàæå ïåðåäàþùèõ èíôîð-
ìàãíèòíûå âîëíû, à òàêæå ðÿä äðóãèõ íèçêî- ìàöèþ ñ ïîìîùüþ «ïðîæîðëèâûõ» ðàäèîèí-
ïîòåíöèàëüíûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ èñòî÷íèêîâ. òåðôåéñîâ, êàòàñòðîôè÷åñêè óìåíüøàåòñÿ.
Ê ñîæàëåíèþ, ýòè ðåøåíèÿ èìåþò äâà êëþ÷å- Óæå ñåé÷àñ áîëüøèíñòâî áåñïðîâîäíûõ äàò-
âûõ íåäîñòàòêà: ýíåðãèè îíè äàþò ìàëî, è ÷èêîâ äëÿ îõðàííûõ ñèñòåì, ðàáîòàþùèõ â
îíà äîðîãàÿ. Åñëè ïîñ÷èòàòü ñòîèìîñòü êèëî- ðåàëüíîì âðåìåíè, ñïîñîáíî ïðîðàáîòàòü
âàòò-÷àñà, ïîëó÷åííîãî ñ ïîìîùüþ ýòèõ ñèñ- áåç çàìåíû áàòàðåè íå ìåíüøå ãîäà, à êîìïà-
òåì, à áîëüøèíñòâî èç íèõ òàêîå êîëè÷åñòâî íèè, íàèáîëåå ïðîäâèíóòûå â ýòîì íàïðàâëå-
ýíåðãèè íå ñãåíåðèðóåò äàæå çà âåñü ñðîê íèè, íàïðèìåð, Ajax Systems [1], óòâåðæäàþò,
ñâîåé ñëóæáû, òî îíà âûéäåò â ëó÷øåì ñëó- ÷òî èõ îáîðóäîâàíèå ìîæåò äî ñåìè ëåò ðàáî-
÷àå íà ïîðÿäîê äîðîæå, ÷åì ñàìîå äîðîãîå òàòü îò åäèíñòâåííîãî õèìè÷åñêîãî èñòî÷íè-
ýëåêòðè÷åñòâî, ïîëó÷àåìîå èç òðàäèöèîííûõ êà òîêà. È ýòî äàëåêî íå ïðåäåë, âåäü â ïðà-
èñòî÷íèêîâ. Ýòî çíà÷èò, ÷òî ñèñòåìû ñáîðà

58 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

âèëüíî ñïðîåêòèðîâàííîì óñòðîéñòâå êîëè- ëîãè÷åñêóþ íåáåçîïàñíîñòü âñåõ õèìè÷åñêèõ
÷åñòâà ýíåðãèè â ñîâðåìåííûõ ëèòèåâûõ èñòî÷íèêîâ òîêà, òî ñòàíåò ïîíÿòíî, ÷òî ñèñòå-
áàòàðåÿõ ìîæåò õâàòèòü íà 15 ëåò íåïðåðûâ- ìû ñáîðà ýíåðãèè çðÿ ïîäâåðãëèñü íåçàñëó-
íîé ðàáîòû [2]. æåííîìó çàáâåíèþ è ïîðèöàíèþ.

Îäíàêî ó òðàäèöèîííûõ õèìè÷åñêèõ Ðèñóíîê 1. Ìåòåîñòàíöèÿ ñ òåïëîâûì ðåçîíà-
èñòî÷íèêîâ òîêà åñòü ìíîæåñòâî íåäîñòàò- òîðîì, ðàçðàáîòàííàÿ êîëëåêòèâîì èç MIT [3].
êîâ, ãëàâíûì èç êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ îãðàíè÷åí-
íàÿ (èëè êîíå÷íàÿ) åìêîñòü – ðàíî èëè ïîçäíî  ýòîé ñòàòüå îïèñàí îïûò èçãîòîâëåíèÿ
ïîëåçíûå õèìè÷åñêèå ïðîöåññû â èñòî÷íèêå ñèñòåìû ñáîðà ýíåðãèè îêðóæàþùåé ñðåäû
ïðåêðàòÿòñÿ, è åãî ïðèäåòñÿ ìåíÿòü. Äà è íà îñíîâå òåðìîãåíåðàòîðà, ïðåâðàùàþùå-
çàáðàòü îò íåãî ðàñ÷åòíîå êîëè÷åñòâî ýíåð- ãî â ýëåêòðè÷åñòâî ïåðåïàäû òåìïåðàòóð.
ãèè íå âñåãäà ïîëó÷àåòñÿ. Òàê, íàïðèìåð, ïðè Èñòî÷íèêîì âäîõíîâåíèÿ äëÿ ýòîé ðàáîòû
ïðîåêòèðîâàíèè îáîðóäîâàíèÿ, ðàññ÷èòàí- ïîñëóæèë ïðîåêò òåïëîâîãî ðåçîíàòîðà (Ðè-
íîãî íà ðàáîòó îò ëèòèåâûõ áàòàðååê, íåîáõî- ñóíîê 1), ñîçäàííîãî êîìàíäîé ó÷åíûõ è ñòó-
äèìî ó÷èòûâàòü ýôôåêò ïàññèâàöèè ýëåêòðî- äåíòîâ èç Ìàññà÷óñåòñêîãî òåõíîëîãè÷åñêî-
äîâ, èíà÷å îíî íà÷íåò ñáîèòü óæå ÷åðåç ãî èíñòèòóòà (Massachusetts Institute of
íåñêîëüêî ëåò ðàáîòû [2]. À åñëè ïðîèçîéäåò Technology – MIT) [3]. Ïðî÷èòàâ î äîñòèæåíè-
íàðóøåíèå óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè õèìè÷åñ- ÿõ ýòîãî êîëëåêòèâà, áûëî ðåøåíî, ÷òî ó÷å-
êîãî ýëåìåíòà, è îí ïîäâåðãíåòñÿ âîçäåé- íûå è ñòóäåíòû Îäåññêîé íàöèîíàëüíîé àêà-
ñòâèþ àíîìàëüíî âûñîêèõ èëè íèçêèõ çíà÷å- äåìèè ñâÿçè èì. À.Ñ. Ïîïîâà òîæå ìîãóò
íèé òåìïåðàòóð èëè âëàæíîñòè, òî ïðåäâè- âíåñòè ïîñèëüíûé âêëàä â èçó÷åíèå ýòîãî
äåòü äàëüíåéøåå ïîâåäåíèå ñèñòåìû áóäåò ïðîöåññà, à ìàãèñòåðñêàÿ âûïóñêíàÿ ðàáîòà
óæå êðàéíå ñëîæíî. Êèðèëëà Èëü÷åíêî – ñîàâòîðà ýòîé ñòàòüè –
ìîæåò ñòàòü õîðîøèì ïðåäëîãîì äëÿ ýòîãî
Òîëüêî ê ÷åìó ïîäíèìàòü èç-çà ýòîãî ïàíè- èññëåäîâàíèÿ.
êó, âåäü âñå íåïðèÿòíîñòè â êîíå÷íîì èòîãå
ñâîäÿòñÿ ê ïðîñòîé çàìåíå áàòàðååê, êîòîðûå Ïåðâîíà÷àëüíî áûëî ðåøåíî èññëåäî-
íèêîãäà íå áûëè îñîáî äîðîãèìè? Îäíàêî âàòü êëàññè÷åñêèé òåðìîãåíåðàòîð íà îñíîâå
ïðàêòèêà ïîêàçûâàåò, ÷òî òàì, ãäå íåò âîçìîæ- ýëåìåíòà Çååáåêà, ïîçâîëÿþùèé ïðåâðàòèòü
íîñòè óñòàíîâèòü ýëåêòðè÷åñêóþ ðîçåòêó, â ýëåêòðè÷åñòâî ïåðåïàäû òåìïåðàòóð.
÷àùå âñåãî íå òàê ïðîñòî äîáðàòüñÿ è äî áàòà- Òàêîå ðåøåíèå áûëî ïðèíÿòî ïî äâóì ïðè÷è-
ðåéêè. Íàïðèìåð, êîìïîíåíòû ñèñòåì ìîíè- íàì. Âî-ïåðâûõ, íà ïîâòîðåíèå òåïëîâîãî
òîðèíãà îêðóæàþùåé ñðåäû – äàò÷èêè òåìïå- ðåçîíàòîðà ìîãëî ïîòðåáîâàòüñÿ äîñòàòî÷íî
ðàòóðû, äàâëåíèÿ, âëàæíîñòè, êîíöåíòðàöèè áîëüøîå êîëè÷åñòâî âðåìåíè, êîòîðîãî áûëî
óãëåêèñëîãî ãàçà è ïðî÷èõ âðåäíûõ âåùåñòâ – íå òàê ìíîãî, à, âî-âòîðûõ, âñå-òàêè èíôîðìà-
ìîãóò óñòàíàâëèâàòüñÿ äàëåêî íå â ñàìûõ öèè î ïîäîáíûõ ñèñòåìàõ, à îñîáåííî îá èõ
ëåãêîäîñòóïíûõ ìåñòàõ, íàïðèìåð, íà êðû- ïðàêòè÷åñêîì ïðèìåíåíèè, êðàéíå ìàëî, à
øàõ çäàíèé èëè âåðõóøêàõ äûìîâûõ òðóá. ýòè ïðîáåëû íàäî âîñïîëíèòü.
Ýòî æå ñïðàâåäëèâî è äëÿ ýëåìåíòîâ ñèñòåì
áåçîïàñíîñòè – äàò÷èêîâ äûìà, âèáðàöèè, Ïåðâûì óäèâëåíèåì ïðè âûáîðå òåðìîãå-
äâèæåíèÿ, ïðèñóòñòâèÿ èëè îòêðûòèÿ äâåðè, íåðàòîðà ñòàëî ïðàêòè÷åñêè ïîëíîå îòñóò-
íàïðèìåð, ÷åðäà÷íîãî ëþêà. Åùå ñëîæíåå ñòâèå â øèðîêîé ïðîäàæå ýëåìåíòîâ Çååáå-
ñèòóàöèÿ ñ èçìåðèòåëÿìè ñìåùåíèÿ ðàçëè÷- êà. Ïîèñêîâûå ñèñòåìû ïî äàííîìó çàïðîñó
íûõ èíæåíåðíûõ êîíñòðóêöèé, íàïðèìåð, ñòåí âûäàâàëè òîëüêî îäèí ðåçóëüòàò – ìîäóëü
çäàíèé èëè îïîð ìîñòîâ, êóäà, ñêîðåå âñåãî, SP1848-27145 ñ ðàçìåðàìè 40 ìì × 40 ìì ×
ïðèäåòñÿ äîáèðàòüñÿ íà ñïåöòåõíèêå, íàïðè-
ìåð, íà ìîòîðíûõ ëîäêàõ. Âîò è ïîëó÷àåòñÿ,
÷òî â ïîäîáíûõ ñèñòåìàõ ñòîèìîñòü çàìåíû
áàòàðåéêè ìîæåò íàìíîãî ïðåâûøàòü ñòîè-
ìîñòü ñàìîé áàòàðåéêè. Äà è â îòíîñèòåëüíî
ïðîñòûõ, íî ìàñøòàáíûõ, ñèñòåìàõ äëÿ çàìå-
íû, íàïðèìåð, 1000 áàòàðååê â 1000 äàò÷èêîâ
óæå íåîáõîäèì íåáîëüøîé êîëëåêòèâ ñïåöè-
àëüíî îáó÷åííûõ ëþäåé ïîä íà÷àëîì ãëàâíî-
ãî áóõãàëòåðà, êîòîðûå òîëüêî è áóäóò ýòèì
çàíèìàòüñÿ. À åñëè äîáàâèòü ñþäà åùå è ýêî-

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 59

Òàáëèöà 1. Õàðàêòåðèñòèêè ýëåìåíòà Çåå-
áåêà SP1848-27145

Ðàçíîñòü Âûõîäíîå Âûõîäíîé Âûõîäíàÿ

òåìïåðàòóð íàïðÿæåíèå òîê ìîùíîñòü

(°Ñ) (Â) (ìÀ) (Âò)

20 0.97 225 0.22
40 1.8 368 0.66
60 2.4 469 1.13

80 3.6 558 2.01
100 4.8 669 3.21

× 4 ìì, âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì 4.8 B è ìàê- Ðèñóíîê 2. Ìîäóëü Ïåëüòüå TEC1-12706.
ñèìàëüíîé ìîùíîñòüþ 3.21 Âò, äîñòèãàåìîé
ïðè ðàçíîñòè òåìïåðàòóð ìåæäó ãîðÿ÷åé è ïî íàëè÷èþ âûáîðà è äîñòóïíîñòè, ýëåìåíòû
õîëîäíîé ñòîðîíîé 100 °C (Òàáëèöà 1). Î÷å- Ïåëüòüå âåñüìà âîñòðåáîâàíû íà ðûíêå, â òî
âèäíî, ÷òî äëÿ ñèñòåìû ñáîðà ýíåðãèè íàéòè âðåìÿ êàê ýëåìåíòû Çååáåêà, èìåþùèå
ñðåäó ñ ïîäîáíîé ðàçíîñòüþ òåìïåðàòóð ïðàê- ãîðàçäî ìåíüøóþ ìîùíîñòü è âûñîêîå âíóò-
òè÷åñêè íåðåàëüíî, íî äàæå ïðè 20 °C, âûõîä- ðåííåå ñîïðîòèâëåíèå, ïîêà íèêîìó íå íóæ-
íàÿ ìîùíîñòü ìîäóëÿ SP1848-27145 (0.22 Âò) íû. Òåì íå ìåíåå, â ñèñòåìàõ ñáîðà ýíåðãèè
íàìíîãî ïðåâûøàåò ñðåäíþþ ïîòðåáëÿåìóþ ïðè ïðî÷èõ ðàâíûõ óñëîâèÿõ èìåííî ýëåìåí-
ìîùíîñòü ìíîãèõ áåñïðîâîäíûõ äàò÷èêîâ. òû Çååáåêà äîëæíû äàòü áîëüøåå íàïðÿæå-
Íàïðèìåð, ýòîé ìîùíîñòè âïîëíå äîñòàòî÷íî íèå, à çíà÷èò – ýòó ýíåðãèþ áóäåò ïðîùå
äëÿ ïèòàíèÿ áåñïðîâîäíîãî èíôðàêðàñíîãî ñîáðàòü è ïåðåäàòü â íàãðóçêó.
äàò÷èêà ïðèñóòñòâèÿ, ðåàëèçîâàííîãî êîìïà-
íèåé Texas Instruments â ïðîåêòå TIDA-00489 Ê ñîæàëåíèþ, ïî ðàçíûì ïðè÷èíàì ïðîâå-
[4], ñ òîêîì ïîòðåáëåíèÿ â äåæóðíîì ðåæèìå ðèòü ýòî íà ïðàêòèêå íå óäàëîñü (çàòî åñòü
âñåãî 1.65 ìêÀ ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 3 Â. çàäà÷à íà áóäóùåå). Âìåñòî ýëåìåíòà Çååáå-
êà áûë ïðèîáðåòåí ýëåìåíò Ïåëüòüå TEC1-
Òåì íå ìåíåå, ïðèîáðåñòè åäèíñòâåííûé 12706 (Ðèñóíîê 2) ñ àíàëîãè÷íûìè ðàçìåðà-
øèðîêî èçâåñòíûé ìîäóëü Çååáåêà, ê ñîæà- ìè 40 ìì × 40 ìì × 4 ìì, íî äîñòàòî÷íî ñèëü-
ëåíèþ, íàì íå óäàëîñü. Áîëüøèíñòâî ïîñòàâ- íî îòëè÷àþùèìèñÿ ýëåêòðè÷åñêèìè õàðàêòå-
ùèêîâ, ê êîòîðûì ìû îáðàùàëèñü, äàæå ðèñòèêàìè (Òàáëèöà 2).
íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî íà èõ ñàéòàõ óêàçàíî, ÷òî
ýòè ýëåìåíòû åñòü â íàëè÷èè, ïî ôàêòó ìîãëè Òàáëèöà 2. Õàðàêòåðèñòèêè ýëåìåíòà
ïðîäàòü èõ òîëüêî ïîä çàêàç (òî åñòü, èõ «íå Ïåëüòüå TEC1-12706
âîçÿò, ïîòîìó ÷òî íèêòî íå áåðåò»). À íåêîòî-
ðûå â êà÷åñòâå «ïî÷òè ðàâíîöåííîé» çàìåíû Ìàêñèìàëüíàÿ ðàçíîñòü òåìïåðàòóð 68 °Ñ
âìåñòî ìîäóëåé Çååáåêà ïðåäëàãàëè ìîäóëè
Ïåëüòüå àíàëîãè÷íîãî ðàçìåðà, ìîòèâèðóÿ Ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûé òîê 8.4 À
îáðàòèìîñòüþ ýòèõ ýôôåêòîâ, à òàêæå òåì,
÷òî ïîñëåäíèå áóäóò íàìíîãî «ìîùíåå». Ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå íàïðÿæåíèå 15.4 Â

Äåéñòâèòåëüíî, ýôôåêò Çååáåêà (âîçíèê- Ðàçìåðû 40 × 40 × 4.0 ìì
íîâåíèå ÝÄÑ ïðè íàëè÷èè ðàçíîñòè òåìïåðà- Âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå 1.5 Îì
òóð) ÿâëÿåòñÿ îáðàòíûì ýôôåêòó Ïåëüòüå
(âîçíèêíîâåíèþ ðàçíîñòè òåìïåðàòóð ïðè Ìàêñèìàëüíàÿ ðàáî÷àÿ òåìïåðàòóðà 138 °Ñ
ïðîòåêàíèè ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà), îäíàêî ê
ñàìèì ýëåìåíòàì ýòî íå îòíîñèòñÿ, ïîñêîëü- Ðàçìåðû òåðìîïàðû 1 × 0.7 × 2.2 ìì
êó ìîäóëè Çååáåêà è ìîäóëè Ïåëüòüå ïðè îäè-
íàêîâîé êîíñòðóêöèè èìåþò ðàçíîå ïðàêòè- Êîëè÷åñòâî òåðìîïàð 127
÷åñêîå íàçíà÷åíèå.
Ãëàâíûì îãîð÷åíèåì îò èñïîëüçîâàíèÿ
Ýëåìåíòû Ïåëüòüå ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ýòîãî ìîäóëÿ ñòàëî ïî÷òè â ïÿòü ðàç ìåíüøåå
ïåðåìåùåíèÿ òåïëà; îíè ïðèìåíÿþòñÿ â ðàç- âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, êîòîðîå ïðè ðàçíîñòè
ëè÷íûõ ñèñòåìàõ òåðìîðåãóëèðîâàíèÿ, òåìïåðàòóð 10 °Ñ ñîñòàâèëî âñåãî 0.2  (Òàá-
íàïðèìåð, â ñèñòåìàõ îõëàæäåíèÿ, ïîýòîìó ëèöà 3). Çäåñü íóæíî ñðàçó óòî÷íèòü, ÷òî
èõ âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå íåâåëèêî, à íèêòî èçíà÷àëüíî íå ñòàâèë öåëüþ ýêñïëóà-
ìîùíîñòü ìîæåò äîñòèãàòü ñîòåí âàòò. Ñóäÿ òàöèþ ñèñòåìû ñáîðà ýíåðãèè â êàêèõ-òî ýêñ-

60 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

Òàáëèöà 3. Çàâèñèìîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ òàòî÷íîì äëÿ ïðàêòè÷åñêîãî ïðèìåíåíèÿ,
îò ðàçíîñòè òåìïåðàòóð ìîäóëÿ TEC1-12706 íàïðèìåð, äëÿ ïèòàíèÿ óñòðîéñòâ, îïèñàí-
íûõ â [1] èëè [4]. Òî åñòü, 10 °Ñ – ýòî ìàêñè-
Ðàçíîñòü òåìïåðàòóð Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìàëüíàÿ ðàçíîñòü òåìïåðàòóð, êîòîðàÿ
(°Ñ) (Â) ìîæåò îêàçàòüñÿ äîñòóïíîé â ðåàëüíûõ ïîìå-
ùåíèÿõ èëè íà óëèöå.
10 0.2
15 0.3 Òàêæå èçíà÷àëüíî ñòàëî ïîíÿòíî, ÷òî áåç
25 0.4 ñïåöèàëèçèðîâàííîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ
30 0.5 íàïðÿæåíèÿ íå îáîéòèñü, ïîñêîëüêó äàæå â
36 0.6 ëó÷øåì ñëó÷àå íàïðÿæåíèå íà âûõîäå ìîäó-
42 0.8 ëÿ Çååáåêà íå ïðåâûøàëî áû 1.0 Â, ÷òî ÿâíî
47 0.9 íåäîñòàòî÷íî äëÿ ïèòàíèÿ ñîâðåìåííîãî
55 1.2 îáîðóäîâàíèÿ.
58 1.3
65 1.5 Ïîñëå àíàëèçà äîñòóïíûõ ñïåöèàëèçèðî-
âàííûõ ìèêðîñõåì áûëî ïðèíÿòî ðåøåíèå î
òðåìàëüíûõ óñëîâèÿõ, òî åñòü íèêòî íå ñîáè- âûáîðå ìèêðîñõåìû LTC3108 ïðîèçâîäñòâà
ðàëñÿ îäèí áîê ýëåìåíòà Ïåëüòüå æàðèòü íà Linear Technology, íå òàê äàâíî ñòàâøåé ÷àñ-
ìåäëåííîì îãíå êàêîãî-íèáóäü ãàçîâîãî êîò- òüþ Analog Devices. Âî-ïåðâûõ, ýòà ìèêðîñõå-
ëà, à âòîðîé çàñîâûâàòü â ìîðîçèëüíóþ êàìå- ìà ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàíà äëÿ òàêèõ çàäà÷,
ðó. Îñíîâíûì âîïðîñîì áûëî: ìîæíî ëè â â íåé èíòåãðèðîâàíû âñå íåîáõîäèìûå óçëû,
ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ îêðóæàþùåé ñðåäû (íà è äëÿ åå ðàáîòû íåîáõîäèì ìèíèìóì âíåø-
óëèöå èëè â ïîìåùåíèè) ñ ïîìîùüþ äàííîãî íèé êîìïîíåíòîâ (Ðèñóíîê 3). Âî-âòîðûõ, ýòà
ýëåìåíòà èçâëå÷ü ýíåðãèþ â êîëè÷åñòâå, äîñ- ìèêðîñõåìà õîðîøî îñâåùåíà â òåõíè÷åñêîé

LTC3108

1.3W VOUT2
ÎÃÐÀÍÈ×. ÒÎÊÀ
VOUT2

VOUT2_EN ÂÊË ÂÛÊË

ÑÈÍÕ. ÂÛÏÐßÌ. ÈÎÍ 1.2  5M
VREF VOUT

C1

VIN 1:100 C1 VOUT
COUT
CIN 5.25 Â

C2 C2 VOUT ÓÏÐÀÂËÅÍÈÅ + VS1
SW SW VSTORE ÇÀÐßÄÎÌ – ÏÐÎÃÐ.

VREF VS2 VOUT

0.5W

VLDO
1M

– PGD
+
VAUX VSTORE PGOOD
VLDO CSTORE
VOUT VBEST VREF LDO

1µF GND (SSOP) ÒÅÏËÎÎÒÂÎÄ (DFN)

2.2 Â
2.2µF

Ðèñóíîê 3. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ìèêðîñõåìû LTC3108.

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 61

Ðèñóíîê 4. Îöåíî÷íàÿ ïëàòà CJMCU-3108. È çäåñü ñíîâà æäàë íåïðèÿòíûé ñþðïðèç –
ó âñåõ ìåñòíûõ ïîñòàâùèêîâ ýëåêòðîííûõ
ëèòåðàòóðå. Ñ ìîìåíòà ïîÿâëåíèÿ åå íà êîìïîíåíòîâ ïëàòó CJMCU-3108 ìîæíî áûëî
ðûíêå (â êîíöå 2010 ãîäà) óæå âûøëî äîñòà- ïðèîáðåñòè òîëüêî ïîä çàêàç, ÷òî îçíà÷àëî,
òî÷íî ìíîãî ïóáëèêàöèé, â òîì ÷èñëå è â æóð- ÷òî êðîìå íàñ îíà, ïîõîæå, íèêîìó íå íóæíà.
íàëå ÐàäèîËîöìàí [5], ãäå áûëè ïîäðîáíî Âòîðûì íåïðèÿòíûì ñþðïðèçîì, êîòîðûé èç-
îñâåùåíû âñå îñîáåííîñòè åå ðàáîòû. Êðîìå çà íàøåé íåâíèìàòåëüíîñòè âîçíèê óæå
òîãî, ìîæíî ïðèîáðåñòè îöåíî÷íóþ ïëàòó ïîñëå ðàñïàêîâêè ïëàòû, îêàçàëîñü îòñó-
CJMCU-3108 ñ óæå óñòàíîâëåííûìè âíåøíè- òñòâèå íà ïëàòå êëþ÷åâîãî êîìïîíåíòà –
ìè êîìïîíåíòàìè (Ðèñóíîê 4), ÷òî â ðàìêàõ òðàíñôîðìàòîðà Ò1. Ñ îäíîé ñòîðîíû, ïðîèç-
äàííîé ðàáîòû òàêæå ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íî âîäèòåëåé ïëàòû CJMCU-3108 ìîæíî ïîíÿòü
âåñîìûì àðãóìåíòîì. – îíè îñòàâëÿþò ïîëüçîâàòåëÿì âûáîð, âåäü
òåïåðü îíè ìîãóò ïîñòàâèòü íà ïëàòó ýëåìåíò
ñ êîýôôèöèåíòîì òðàíñôîðìàöèè 1:20, 1:50
èëè 1:100, â çàâèñèìîñòè îò êîíêðåòíîãî ïðè-
ëîæåíèÿ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, âûáîðà îñîáî
íåò, âåäü êîëè÷åñòâî ïðîèçâîäèòåëåé òðàíñ-
ôîðìàòîðîâ, êîòîðûå ìîæíî óñòàíîâèòü íà
ýòó ïëàòó âñåãî äâà: Coilcraft (LPR6235) è
Würth Elektronik (74488540õõõ), à ñòîèìîñòü
òàêîãî òðàíñôîðìàòîðà èç-çà åãî óëüòðàêîì-
ïàêòíîñòè â äâà ðàçà áîëüøå ñòîèìîñòè ïëà-
òû. Âñå ýòî ñîçäàåò îùóùåíèå íåêîòîðîãî
ëóêàâñòâà ñî ñòîðîíû ïðîèçâîäèòåëåé ïëàòû
CJMCU-3108, õîòÿ äîêàçàòåëüñòâ ýòîìó ó
íàñ, êîíå÷íî æå, íåò, âåäü âñå äåëàåòñÿ òîëü-
êî ñ áëàãèìè íàìåðåíèÿìè. Ê òîìó æå, åñëè
áîëüøèíñòâî ìåñòíûõ ïîñòàâùèêîâ ýëåê-
òðîíèêè ïðî ïëàòó CJMCU-3108 õîòÿ áû ñëû-
øàëè, òî òðàíñôîðìàòîðû LPR6235 è
74488540õõõ äëÿ íèõ îêàçàëèñü ïîëíîé
íåîæèäàííîñòüþ.

 êîíå÷íîì èòîãå, ïëàòà CJMCU-3108 è
òðàíñôîðìàòîð LPR6235-752SMR ñ êîýôôè-
öèåíòîì òðàíñôîðìàöèè 1:100 áûëè áëàãî-

CJMCU-3108

VAUX GND
VS2 VEN
VS1 PGD
GND VOUT
SW VLDO
C2 OU2
C1 VST

SWT
GND
GND

VIN

Òåðìîãåíåðàòîð

Ðèñóíîê 5. Âíåøíèé âèä è ñõåìà ñèñòåìû ñáîðà ýíåðãèè.

62 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

Òàáëèöà 4. Ìàêñèìàëüíàÿ âûõîäíàÿ ìîùíîñòü
ñèñòåìû ïðè ðàçíûõ ïåðåïàäàõ òåìïåðàòóð

Ðàçíîñòü òåìïåðàòóð Ìàêñèìàëüíàÿ
(°Ñ) âûõîäíàÿ ìîùíîñòü

(ìÂò)

20 0.26
30 1.2
40 1.6
50 1.7
70 2.0

ïîëó÷íî çàêàçàíû è äîñòàâëåíû èç Êèòàÿ, à Ðèñóíîê 6. Óñòàíîâêà ñèñòåìû íà ðàäèàòî-
ñèñòåìà ñìîíòèðîâàíà è ïðîòåñòèðîâàíà ðå îòîïëåíèÿ.
(Ðèñóíîê 5). Òåñòèðîâàíèå ïðîâîäèëîñü êëàñ-
ñè÷åñêèì äëÿ ïîäîáíûõ ñèñòåì ñïîñîáîì: âîì ðàäèàòîðà íà îõëàæäàþùåé ñòîðîíå, â
òåðìîãåíåðàòîð óñòàíàâëèâàëñÿ ìåæäó äâóõ êà÷åñòâå êîòîðîãî áûë èñïîëüçîâàí ñòàíäàð-
èñòî÷íèêîâ ñ ðàçíûìè òåìïåðàòóðàìè, ê âûõî- òíûé ðàäèàòîð äëÿ ïðîöåññîðîâ ïåðñîíàëü-
äó ñèñòåìû ñáîðà ýíåðãèè â êà÷åñòâå íàãðóç- íûõ êîìïüþòåðîâ. Òàêîé ðåçóëüòàò áûë âïîë-
êè ïîäêëþ÷àëñÿ ïåðåìåííûé ðåçèñòîð. íå ïðåäñêàçóåì, ïîñêîëüêó ðàññ÷èòàííûé íà
Âûõîäíûå íàïðÿæåíèå è òîê êîíòðîëèðîâà- ïðèíóäèòåëüíîå îõëàæäåíèå ðàäèàòîð èçíà-
ëèñü ñîîòâåòñòâóþùèìè èçìåðèòåëüíûìè ÷àëüíî äîëæåí ïëîõî ðàáîòàòü â óñëîâèÿõ
ïðèáîðàìè, à òåìïåðàòóðà – áåñêîíòàêòíûì åñòåñòâåííîãî îáäóâà, äà è åãî òåïëîâîå
òåðìîìåòðîì (ïèðîìåòðîì). ñîïðîòèâëåíèå áûëî áû íåïëîõî âíà÷àëå
ðàññ÷èòàòü.
Ðåçóëüòàòû òåñòèðîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî
ìèêðîñõåìà LTC3108 îòëè÷íî ñïðàâëÿåòñÿ ñ Òåì íå ìåíåå, íåñìîòðÿ íà ÿâíûé êðàõ
ïîñòàâëåííîé çàäà÷åé è ïîääåðæèâàåò ýòîãî ÿâíî íåïðîäóìàííîãî äî êîíöà ýêñïå-
âûõîäíîå íàïðÿæåíèå âûøå 4 Â ïðè ðàçíîñòè ðèìåíòà, ó ïîäîáíîãî ñïîñîáà ïðèìåíåíèÿ
òåìïåðàòóð, íà÷èíàÿ îò íåñêîëüêèõ ãðàäóñîâ.
Íî ýòî è íå äîëæíî áûëî ñòàòü áîëüøèì Ðèñóíîê 7. Ðàäèàòîðíûé òåðìîñòàò ñ ïðî-
îòêðûòèåì, âåäü, ñîãëàñíî òåõíè÷åñêîé äîêó- ãðàììíûì óïðàâëåíèåì.
ìåíòàöèè, ìèíèìàëüíîå íàïðÿæåíèå íà
âõîäå LTC3108 äîëæíî áûòü áîëüøå 20 ìÂ. Â
êîíå÷íîì èòîãå, ïîäîáíàÿ ñèñòåìà äîëæíà
îáåñïå÷èòü íàãðóçêó íàïðÿæåíèåì â ðàéîíå
3  è âûõîäíîé ìîùíîñòüþ õîòÿ áû 0.5 ìÂò.
Êàê âèäíî èç ðåçóëüòàòîâ òåñòèðîâàíèÿ (Òàá-
ëèöà 4), ýòî ïðîèñõîäèò ïðè ðàçíîñòè òåìïå-
ðàòóð, íà÷èíàÿ îò 30 °C. Ïðè ìåíüøåì òåìïå-
ðàòóðíîì íàïîðå â ñèñòåìå íåîáõîäèìî óñòà-
íîâëèâàòü íàêîïèòåëü ýíåðãèè – àêêóìóëÿòîð
èëè èîíèñòîð, ïîñêîëüêó 260 ìêÂò (ïðè 20 °Ñ)
õâàòèò äëÿ ïîääåðæàíèÿ ðàáîòû áåñïðîâîä-
íûõ äàò÷èêîâ â ñïÿùåì ðåæèìå, íî ïðè ïåðå-
õîäå íàãðóçêè â àêòèâíûé ðåæèì ñ ïåðåäà÷åé
äàííûõ ïî ðàäèîèíòåðôåéñó ýòîé ìîùíîñòè,
ñêîðåå âñåãî, áóäåò íåäîñòàòî÷íî.

Ãîðàçäî áîëåå èíòåðåñíûì âîïðîñîì ÿâëÿ-
åòñÿ, ãäå âçÿòü íåîáõîäèìûé òåïëîâîé
íàïîð? Ïåðâûì ýêñïåðèìåíòîì ñòàëà óñòà-
íîâêà òåðìîãåíåðàòîðà íà ðàäèàòîð îòîïëå-
íèÿ (Ðèñóíîê 6). Ïðè òàêîé êîíôèãóðàöèè
ñèñòåìà, ãäå â êà÷åñòâå íàãðóçêè è èíäèêàòî-
ðà èñïîëüçîâàëñÿ ñâåòîäèîä, ðàáîòàëà îêîëî
ïîëó÷àñà, ïîñëå ÷åãî ãåíåðàöèÿ ýíåðãèè îñòà-
íàâëèâàëàñü. Ýòî áûëî ñâÿçàíî ñ ïåðåãðå-

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 63

åñòü ðåàëüíûå ïðàêòè÷åñêèå ïåðñïåêòèâû, Åùå îäíèì èñòî÷íèêîì ïåðåïàäà òåìïå-
âåäü ïðè íîðìàëüíîì îõëàæäåíèè âíåøíåé ðàòóð ìîãóò ñòàòü îòíîñèòåëüíî ïðîõëàäíûå
ñòîðîíû òåðìîãåíåðàòîðà òàêàÿ ñèñòåìà êîíñòðóêöèîííûå ýëåìåíòû çäàíèé: ñòåêëà
ìîæåò îáåñïå÷èòü ýíåðãèåé, íàïðèìåð, òåð- îêîí, ìåòàëëè÷åñêèå êîëîííû, äâåðè èëè
ìîðåãóëÿòîðû (òåðìîñòàòû) ðàäèàòîðîâ îòî- áàëêè, à òàêæå ìåñòà, ãäå ïðèñóòñòâóþò ïîñòî-
ïëåíèÿ (Ðèñóíîê 7). Ïîñêîëüêó íà ñåãîäíÿø- ÿííûå èëè ïåðèîäè÷åñêèå ïîòîêè âîçäóõà
íèé äåíü îäíèì èç ãëàâíûõ íàïðàâëåíèé ðàç- (ñêâîçíÿêè). Èìåííî â òàêîì ìåñòå è áûë ñäå-
âèòèÿ òåõíèêè ÿâëÿåòñÿ èíòåëëåêòóàëèçàöèÿ ëàí ñëåäóþùèé øàã ïî èçó÷åíèþ âîçìîæíîñ-
âñåãî, òî íåóäèâèòåëüíî, ÷òî ñîâðåìåííûå òåé ñèñòåìû. Â ýòîì ýêñïåðèìåíòå õîëîäíàÿ
òåðìîðåãóëÿòîðû èìåþò ïðîãðàììíîå ñòîðîíà òåðìîãåíåðàòîðà áûëà óñòàíîâëåíà
óïðàâëåíèå è ìîãóò èíòåãðèðîâàòüñÿ â ñèñòå- íà ìåòàëëè÷åñêîé êîëîííå îäíîãî èç ñêëàäîâ
ìó «Óìíûé äîì».  êîíå÷íîì èòîãå, èõ ïî÷òîâîãî îòäåëåíèÿ Íîâîé ïî÷òû (îäíîãî èç
èñïîëüçîâàíèå, çà ñ÷åò âíåäðåíèÿ ãèáêèõ êðóïíåéøèõ îïåðàòîðîâ ïî÷òîâîé ñâÿçè Óêðà-
ïðîôèëåé òåìïåðàòóð è ó÷åòà ïîãîäû, ïîçâî- èíû), à ðàäèàòîð âòîðîé ñòîðîíû (âñå òîò æå
ëèò óìåíüøèòü çàòðàòû íà îòîïëåíèå, à ýòî – îò ïðîöåññîðà ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà)
çíà÷èò, ÷òî òàêèå óñòðîéñòâà î÷åíü ñêîðî îáäóâàëñÿ òåïëûì âîçäóõîì ñêâîçíÿêà,
ïåðåñòàíóò áûòü äèêîâèíêîé, ïðåâðàòèâ- ïîñòîÿííî âîçíèêàþùåãî â ïðîöåññå ðàáîòû
øèñü â îáúåêòèâíóþ ðåàëüíîñòü. èç-çà îòêðûòèÿ äâåðåé.

 ýòîì ñëó÷àå â áëèæàéøåì áóäóùåì âïîë- Ðåçóëüòàòû òåñòèðîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî â
íå âåðîÿòíî ïîÿâëåíèå «óìíîé ðàäèàòîðíîé ïðîöåññå ðàáî÷åãî äíÿ âûõîäíàÿ ìîùíîñòü
ñåêöèè» ñ èíòåãðèðîâàííûìè òåðìîðåãóëÿòî- ïðàêòè÷åñêè íå îïóñêàëàñü íèæå 800 ìêÂò
ðîì è ïîäñèñòåìîé ïèòàíèÿ íà îñíîâå òåð- (Ðèñóíîê 8). À ýòî îçíà÷àåò, ÷òî â ýòîì ìåñòå
ìîïðåîáðàçîâàòåëÿ Çååáåêà. Ðàáîòàòü îíà ìîæíî ñìåëî óñòàíàâëèâàòü öåíòð ïî÷òè âå÷-
áóäåò òîëüêî â îòîïèòåëüíûé ñåçîí (à áîëüøå íîãî ïèòàíèÿ îäíîãî, à ìîæåò è íåñêîëüêèõ
è íå íàäî), íàñòðàèâàòüñÿ ñî ñìàðòôîíà áåñïðîâîäíûõ äàò÷èêîâ, íàïðèìåð, êîíòðîëÿ
÷åðåç ðàäèîèíòåðôåéñ (ìîùíîñòè ïèòàíèÿ êà÷åñòâà âîçäóõà, îáíàðóæåíèÿ âðåäíûõ
õâàòèò), è, ñàìîå ãëàâíîå, íå áóäåò òðåáîâàòü âåùåñòâ, ïîæàðíóþ èëè îõðàííóþ ñèãíàëèçà-
íè áàòàðååê, íè àêêóìóëÿòîðîâ. Ñåé÷àñ òåð- öèþ èëè äðóãèå ïîäîáíûå óñòðîéñòâà.
ìîðåãóëÿòîðû ðàáîòàþò îò áàòàðååê, êîòî-
ðûõ õâàòàåò ïðèáëèçèòåëüíî íà ãîä, ïðè÷åì, Çàêëþ÷åíèå
êîãäà ñèñòåìà îòîïëåíèÿ îñòàíàâëèâàåòñÿ,
èõ òîæå íóæíî âûêëþ÷àòü. È òåïåðü ïðåä- Îáùåå êîëè÷åñòâî äåíåã, ïîòðà÷åííîå íà
ñòàâüòå ñåáå îáùåå êîëè÷åñòâî òåðìîðåãóëÿ- ýòó ñèñòåìó, áåç ó÷åòà ñáîðêè è äîñòàâêè,
òîðîâ (â èäåàëå – ïî îäíîìó íà êàæäûé ðàäè- ñîñòàâèëî îêîëî 30 äîëëàðîâ ÑØÀ, èç íèõ
àòîð), íàïðèìåð, â ïîìåùåíèè áèçíåñ- ïî÷òè ïîëîâèíà ñòîèìîñòè ïðèøëàñü íà äîëþ
öåíòðà, òðåáóþùåå åæåãîäíîãî îáñëóæèâà- òðàíñôîðìàòîðà. Êîíå÷íî, ïðè ñåðèéíîì
íèÿ òîëüêî èç-çà òîãî, ÷òî îíè ðàáîòàþò îò ïðîèçâîäñòâå è èñïîëüçîâàíèè íå òàêèõ ìèíè-
áàòàðååê. àòþðíûõ êîìïîíåíòîâ öåíà ìîæåò óìåíü-
øèòüñÿ â íåñêîëüêî ðàç, è òîãäà îíà ñòàíåò

Ìîùíîñòü (ìêÂò)1400
8:001200
8:301000
9:00
9:30800
10:00600
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
18:30
19:00
19:30
20:00
20:30
21:00
21:30

Âðåìÿ ñóòîê
Ðèñóíîê 8. Âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ñèñòåìû â òå÷åíèå ðàáî÷åãî äíÿ.

64 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

ñîèçìåðèìîé ñî ñòîèìîñòüþ êà÷åñòâåííûõ íûì. Çíà÷èò íóæíî ïåðåõîäèòü îò àêàäåìè-
õèìè÷åñêèõ èñòî÷íèêîâ òîêà. Íî îñíîâíàÿ ÷åñêèõ ýêñïåðèìåíòîâ ê ïðàêòè÷åñêèì ðàç-
ýêîíîìè÷åñêàÿ âûãîäà áóäåò íå îò çàìåíû ðàáîòêàì è îñâàèâàòü ýòó íîâóþ, íî î÷åíü
îäíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íà äðóãîé, à îò íóæíóþ è âîñòðåáîâàííóþ âåòâü àëüòåðíà-
óìåíüøåíèÿ çàòðàò íà îáñëóæèâàíèå ñèñòå- òèâíîé ýíåðãåòèêè. ÐË
ìû (çàìåíó áàòàðååê).
Ñïèñîê èñòî÷íèêîâ
Î÷åíü íóæíû ýëåìåíòû Çååáåêà ìàëîé è
ñâåðõìàëîé ìîùíîñòè. Î÷åâèäíî, ÷òî óâåëè- 1. Èíôîðìàöèîííûå ìàòåðèàëû êîìïàíèè Ajax
÷åíèå êîëè÷åñòâà ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäè- Systems
íåííûõ ÿ÷ååê ýëåìåíòàðíûõ ïîëóïðîâîäíè-
êîâûõ òåðìîïðåîáðàçîâàòåëåé ïðè îäíîâðå- 2. Íåìíîãî ìàãèè: ïðèìåíåíèå ëèòèåâûõ áàòàðå-
ìåííîì óìåíüøåíèè èõ ðàçìåðà ïðèâåäåò ê åê â àâòîìàòèçèðîâàííûõ ñèñòåìàõ ó÷åòà
óâåëè÷åíèþ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. À ýòî ðåñóðñîâ
çíà÷èò ÷òî, âïîëíå âîçìîæíî, ìîæíî áóäåò
îáîéòèñü è áîëåå ïðîñòûìè êîíòðîëëåðàìè, 3. Sam Davis. Ãåíåðàöèÿ ýëåêòðè÷åñòâà èç íè÷åãî
÷åì LTC3108. Õîòÿ âïîëíå âåðîÿòíî, ÷òî // ÐàäèîËîöìàí. – 2020. – ¹2. – Ñ. 32 – 35.
âûñîêàÿ öåíà ýòîé ìèêðîñõåìû (îêîëî 7 äîë-
ëàðîâ ÑØÀ) îáóñëîâëåíà íå áîëåå ÷åì íèç- 4. Áåñïðîâîäíîé ÈÊ-äàò÷èê äâèæåíèÿ: äåñÿòü ëåò
êèì ñïðîñîì íà íåå. È, êîíå÷íî æå, èñïîëüçî- ñëóæáû îò îäíîé ëèòèåâîé áàòàðåè
âàíèå óëüòðàìèíèàòþðíûõ, óëüòðàðåäêèõ è
óëüòðàäîðîãèõ òðàíñôîðìàòîðîâ LPR6235 5. Þ. Ïåòðîïàâëîâñêèé. Óñòðîéñòâà àêêóìóëèðî-
äîëæíî áûòü, êàê ìèíèìóì, îáîñíîâàíî. âàíèÿ ýíåðãèè îêðóæàþùåé ñðåäû. Ïðèìåíå-
íèå òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé
 öåëîì, ýêñïåðèìåíò ìîæíî ñ÷èòàòü äëÿ ïèòàíèÿ áåñïðîâîäíûõ äàò÷èêîâ // Ðàäèî-
óäà÷íûì, à ýòî íàïðàâëåíèå – ïåðñïåêòèâ- Ëîöìàí. – 2012. – ¹2. – Ñ. 31 – 40.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå

1. Datasheet Analog Devices LTC3108

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 65

Íàïðÿæåíèå ØÈÌ ÖÀÏ

óñòàíàâëèâàåòñÿ çà îäèí ïåðèîä
òàêòîâûõ èìïóëüñîâ

Jordan Dimitrov

EDN

ØØèðîòíî-èìïóëüñíàÿ ìîäóëÿöèÿ (ØÈÌ) Â íåêîòîðûõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ìåæäó
âûõîäîì ñõåìû S/H è èíòåãðàòîðîì âêëþ÷à-
ÿâëÿåòñÿ ëó÷øèì ñïîñîáîì ïðåîáðàçîâàíèÿ åòñÿ ðåçèñòîð îáðàòíîé ñâÿçè. ×òîáû ïîëó-
äëÿ ðåãóëèðóåìûõ èñòî÷íèêîâ ïîñòîÿííîãî ÷èòü áûñòðîå è òî÷íîå ïðåîáðàçîâàíèå, íàäî
íàïðÿæåíèÿ ñ öèôðîâûì óïðàâëåíèåì, òðå- äâå ïîñòîÿííûå âðåìåíè ñäåëàòü ðàâíûìè
áóþùèõ âûñîêîé òî÷íîñòè è ðàçðåøåíèÿ. ïåðèîäó èìïóëüñîâ.  [2] ÷åòêî ñôîðìóëèðî-
Èçîáðåòåííûé 50 ëåò íàçàä [1, 2] ìåòîä ØÈÌ âàíî òðåáîâàíèå RF×C = T. Âòîðîå óñëîâèå –
øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ ñåãîäíÿ â èìïóëüñíûõ RI×C = T – íå îáñóæäàåòñÿ, íî åãî ëåãêî íàéòè,
èñòî÷íèêàõ ïèòàíèÿ [3] è, â ÷àñòíîñòè, â ïðèìåíèâ ïðèâåäåííîå âûøå îáùåå âûðàæå-
êàëèáðàòîðàõ ïîñòîÿííîãî òîêà [4, 5], ïîçâî- íèå ØÈÌ ê èõ ôîðìóëå (4).
ëÿÿ äîñòè÷ü ðàçðåøåíèÿ â 26 áèò è ëèíåéíîñ-
òè 0.2 ppm [6]. Ðåãóëèðîâêà äâóõ ïîñòîÿííûõ âðåìåíè
ñâîäèòñÿ ê ïîäáîðó åìêîñòè êîíäåíñàòîðà
Ïî ñóòè, öèôðî-àíàëîãîâûé ïðåîáðàçîâà- èíòåãðàòîðà Ñ èëè ïåðèîäà T ñëåäîâàíèÿ
òåëü (ÖÀÏ) íà îñíîâå ØÈÌ óñòàíàâëèâàåò èìïóëüñîâ. Îáà ïîäõîäà ñâÿçàíû ñ îïðåäå-
ïîñòîÿííóþ ñîñòàâëÿþùóþ ïîñëåäîâàòåëü- ëåííûìè òðóäíîñòÿìè. Ñàìîå âàæíîå ñîñòî-
íîñòè èìïóëüñîâ ñ ôèêñèðîâàííûì ïåðèî- èò â òîì, ÷òî íåò íèêàêèõ íàìåêîâ íà òî, êàê
äîì è ïåðåìåííûì êîýôôèöèåíòîì çàïîëíå- âûïîëíèòü ýòó ðåãóëèðîâêó àâòîìàòè÷åñêè.
íèÿ. Òåîðåòè÷åñêè ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþ-
ùàÿ òàêîãî ñèãíàëà îïðåäåëÿåòñÿ îáùèì Â äàííîé ñòàòüå ïðåäñòàâëåíà ñõåìà è ïðî-
âûðàæåíèåì ØÈÌ: ñòàÿ ïðîöåäóðà, ïîçâîëÿþùèå çàïîëíèòü ýòîò
ïðîáåë. Èñïîëüçîâàíèå ïðåäëàãàåìîãî ìåòî-
VDC = VP tP , (1) äà òðåáóåò ëèøü îäíîé ðåãóëèðîâêè. Âìåñòî
T ïîñòîÿííîé âðåìåíè ðåãóëèðóåòñÿ çàðÿäíûé
òîê èíòåãðàòîðà, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ëó÷øåå
ãäå ðàçðåøåíèå è ëèíåéíîñòü õàðàêòåðèñòèêè.

VP – àìïëèòóäà èìïóëüñîâ; Êîíöåïöèÿ èëëþñòðèðóåòñÿ Ðèñóíêîì 1. Âî
âðåìÿ âõîäíîãî èìïóëüñà êëþ÷ S ðàçîìêíóò, è
tP – äëèòåëüíîñòü èìïóëüñîâ; êîíäåíñàòîð èíòåãðàòîðà çàðÿæàåòñÿ äâóìÿ
òîêàìè. Ïåðâûé òîê I1 = VP/R1 îïðåäåëÿåòñÿ
T – ïåðèîä ñèãíàëà. èìïóëüñàìè ØÈÌ; îí ñîñòàâëÿåò 95% îò íîìè-
íàëüíîãî òîêà. Âòîðîé òîê I2 çàäàåòñÿ äîïîë-
Äëÿ óñêîðåíèÿ ïðîöåññà ïðåîáðàçîâàíèÿ íèòåëüíûì ÖÀÏ. Îí ïîñòàâëÿåò ïðèìåðíî
â ñîâðåìåííûõ ÖÀÏ èñïîëüçóþòñÿ ñèíõðîí- 10% íîìèíàëüíîãî òîêà, îáåñïå÷èâàÿ âîç-
íûå ôèëüòðû íèæíèõ ÷àñòîò, ñîñòîÿùèå èç ìîæíîñòü ïîäñòðîéêè ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ
èíòåãðàòîðà è ñõåìû âûáîðêè/õðàíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ èíòåãðàòîðà â ïðåäåëàõ ±5%. Â
(S/H). Â êîíöå êàæäîãî ïåðèîäà íàïðÿæåíèå êîíöå èìïóëüñà íàïðÿæåíèå èíòåãðàòîðà
èíòåãðàòîðà çàïîìèíàåòñÿ â ñõåìå S/H, è ñîõðàíÿåòñÿ â ñõåìå S/H, ïîñëå ÷åãî êëþ÷ S
ýòî íàïðÿæåíèå ÿâëÿåòñÿ âûõîäîì âñåãî çàìûêàåòñÿ, è èíòåãðàòîð ðàçðÿæàåòñÿ.
ïðåîáðàçîâàòåëÿ.

66 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

+5 Â R3
10k
Ìèêðîêîíòðîëëåð
Cmp

PWM R1 I1 S R4
SPI R2 I2 5k
CINT
VREF ÖÀÏ – S/H VOUT
CH
IC2
+

Ðèñóíîê 1. Âñïîìîãàòåëüíûé ÖÀÏ îáåñïå÷èâàåò äèàïàçîí ðåãóëèðîâêè ±5% äëÿ çàðÿäíîãî òîêà
èíòåãðàòîðà; êîìïàðàòîð ïîìîãàåò ìèêðîïðîöåññîðó ïîäîáðàòü ïðàâèëüíûé êîä ÖÀÏ.

Çíà÷åíèå âòîðîãî òîêà óñòàíàâëèâàåòñÿ R3 è R4 è êîìïàðàòîð Cmp ñîîáùàþò ìèêðî-
ïóòåì çàïèñè ñîîòâåòñòâóþùåãî êîäà â ïðîöåññîðó, íàñêîëüêî áëèçêî âûõîäíîå
ðåãèñòð ÖÀÏ. Êàæäûé áèò ýòîãî êîäà îïðåäå- íàïðÿæåíèå ê òðåáóåìîìó çíà÷åíèþ.
ëÿåòñÿ îòäåëüíî ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà
ïîñëåäîâàòåëüíîãî ïðèáëèæåíèÿ. Êðèòåðèé Ñõåìà ïðåäñòàâëåíà íà Ðèñóíêå 2. Åå
ðåãóëèðîâêè îñíîâûâàåòñÿ íà âûðàæåíèè (1): ðàáîòà êîíòðîëèðóåòñÿ öåïüþ ñèíõðîíèçà-
ïðè êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ 50% âûõîä- öèè, ïîñòðîåííîé íà ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòàõ
íîå íàïðÿæåíèå äîëæíî áûòü âäâîå ìåíüøå G1-G4, êîòîðàÿ ôîðìèðóåò èìïóëüñû óïðàâ-
àìïëèòóäû âõîäíûõ èìïóëüñîâ. Ðåçèñòîðû ëåíèÿ äëÿ êëþ÷à ñáðîñà èíòåãðàòîðà Q1 è
âíóòðåííåãî êëþ÷à óñòðîéñòâà S/H.

+5 Â

IC1 = MCP4921 200k R3
IC2 = TL071 10k
IC3 = LF398 3k
IC4 = OPA2277 R4
+5 Â G1…G4 = 74HC02 +12 Â – 5k
BitVal IC4a
Ìèêðîêîíòðîëëåð Q2 + VOUT
2N7000 IC4b + C2
1n
–

RstInt VPWM G3 G4 –12 Â
PWM 1 êÃö RstInt

SPI G1 20k G2 Õðàíåíèå

4.7n Q1
J176

R1 C1 +12 Â
523k
+5 Â 1 R2 2n 1 2
6 IC1 523k +12 Â 8 S/H
3 8 5
– 3 IC3 6

+5 Â 75 IC2 VINT 74
8.45k + –12 Â

1k –12 Â

Ðèñóíîê 2. Ïîëíûé íàáîð îáîðóäîâàíèÿ âêëþ÷àåò â ñåáÿ öåïü ñèíõðîíèçàöèè (G1-G4) äëÿ óïðàâëå-
íèÿ ðàáîòîé èíòåãðàòîðà è ñõåìû S/H, óñèëèòåëü (IC4a), ïîâûøàþùèé ÷óâñòâèòåëüíîñòü êîìïà-
ðàòîðà è ïðåîáðàçîâàòåëü óðîâíÿ (Q2) äëÿ ñîïðÿæåíèÿ âûõîäà êîìïàðàòîðà ñ ìèêðîêîíòðîëëåðîì.

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 67

VPWM t
VINT t

VG2 t
VG4 t
VOUT t

Ðèñóíîê 3. Âðåìåííûå äèàãðàììû â êëþ÷å- Ðèñóíîê 4. Ìåòîä ïîñëåäîâàòåëüíîãî ïðè-
âûõ òî÷êàõ ñõåìû äëÿ ïåðâûõ äâóõ öèêëîâ áëèæåíèÿ ïîñòåïåííî ïðèâîäèò âûõîäíîé
ïðåîáðàçîâàíèÿ. ñèãíàë ê òðåáóåìîìó çíà÷åíèþ VP/2.

Êàê âèäíî èç âðåìåííîé äèàãðàììû íà ëàåòñÿ òðåòüå ÷èñëî «xx1000000000», è ïðî-
Ðèñóíêå 3, ïî ñïàäàþùåìó ôðîíòó ñèãíàëà öåññ ïðîäîëæàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íå áóäóò
ØÈÌ íà âûõîäå G4 óñòàíàâëèâàåòñÿ âûñîêèé îïðåäåëåíû âñå 12 áèò êîäà ÖÀÏ.
óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ. Êëþ÷ ñáðîñà Q1 ðàçî-
ìêíóò, è èíòåãðàòîð ôîðìèðóåò èìïóëüñû ñ Ðèñóíîê 4 äåìîíñòðèðóåò ïðîöåññ êàëèá-
îòðèöàòåëüíûì íàêëîíîì. Ïî çàäíåìó ôðîí- ðîâêè â äåéñòâèè. Æåëòûé ëó÷ îòìå÷àåò íà÷à-
òó èìïóëüñà ØÈÌ ñõåìà íà ýëåìåíòàõ G1 è ëî ïðîöåäóðû; ýòî ïðîèñõîäèò íà ñïàäàþùåì
G2 ôîðìèðóåò 10-ìèêðîñåêóíäíûé èìïóëüñ ôðîíòå èìïóëüñà RstInt. Ñèíèé ëó÷ ÿâëÿåòñÿ
äëÿ çàõâàòà íàïðÿæåíèÿ èíòåãðàòîðà ñõåìîé âûõîäíûì ñèãíàëîì IC4a. Îí «ðàçáåãàåòñÿ»
S/H. Ýëåìåíò G3 ñóììèðóåò èìïóëüñû VPWM â îáå ñòîðîíû îò íóëåâîãî íàïðÿæåíèÿ è
è VG2, ÷òîáû êëþ÷ ñáðîñà îñòàâàëñÿ ðàç- ïîñòåïåííî ñõîäèòñÿ ê íåìó. Íóëåâîå çíà÷å-
îìêíóòûì, ïîêà íå áóäóò çàâåðøåíû èíòåãðè- íèå îáîçíà÷àåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñõåìû
ðîâàíèå è çàïîìèíàíèå íàïðÿæåíèÿ. Ïî îêîí- S/H, ñîñòàâëÿþùåå ïîëîâèíó àìïëèòóäû
÷àíèè èìïóëüñà õðàíåíèÿ êëþ÷ çàìûêàåòñÿ. èìïóëüñîâ ØÈÌ. Ðåàëüíîå çíà÷åíèå, èçìå-
Èíòåãðàòîð ñáðàñûâàåòñÿ â íîëü, îæèäàÿ ðåííîå öèôðîâûì ìóëüòèìåòðîì ñ ðàçðåøå-
ñëåäóþùåãî èìïóëüñà ØÈÌ. íèåì 4.5 äåñÿòè÷íûõ ðàçðÿäà, ðàâíÿëîñü
0.49947. Èñïîëüçîâàíèå ïðîôåññèîíàëüíî
 èäåàëå, ïðè àìïëèòóäå èìïóëüñîâ 5  è èçãîòîâëåííîé ïå÷àòíîé ïëàòû è ìóëüòèìåò-
êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ 50% âûõîäíîå ðà ñ âûñîêèì ðàçðåøåíèåì, âåðîÿòíî, ïîçâî-
íàïðÿæåíèå äîëæíî áûòü ðàâíî –2.5 Â. ëèò äîáèòüñÿ ëó÷øåãî ñîîòâåòñòâèÿ.
Êàëèáðîâêà íà÷èíàåòñÿ ñ êîíôèãóðèðîâà-
íèÿ ñèñòåìû ØÈÌ âíóòðè ìèêðîêîíòðîëëå- Ïî çàâåðøåíèè êàëèáðîâêè ìèêðîêîíòðîë-
ðà, ÷òîáû óñòàíîâèòü ÷àñòîòó èìïóëüñîâ ëåð ìîæåò èçìåíèòü êîýôôèöèåíò çàïîëíå-
1 êÃö è êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ 50%. íèÿ ñèãíàëà ØÈÌ â ñîîòâåòñòâèè ñ íàñòðîé-
Çàòåì ìèêðîêîíòðîëëåð ïîñûëàåò â ÖÀÏ êîä êàìè ïîëüçîâàòåëÿ. Ïîñêîëüêó ñêîðîñòü èçìå-
«100000000000» è æäåò ïðåðûâàíèÿ ïî íåíèÿ íàïðÿæåíèÿ èíòåãðàòîðà óæå óñòàíîâ-
çàäíåìó ôðîíòó èìïóëüñà RstInt. Ïî ïðèõî- ëåíà ïðàâèëüíî, íîâîå íàïðÿæåíèå ïîÿâèòñÿ
äå çàäíåãî ôðîíòà ìèêðîêîíòðîëëåð ñ÷èòû- íà âûõîäå ïîñëå âñåãî ëèøü îäíîãî ïåðèîäà
âàåò âûõîäíîé ñèãíàë êîìïàðàòîðà BitVal. èìïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Âûõîäíîå
Öåïü R3-R4 è ìèêðîñõåìà IC4 ñðàâíèâàþò íàïðÿæåíèå áóäåò â òî÷íîñòè ðàâíî ïîñòîÿí-
VOUT ñ èäåàëüíûì çíà÷åíèåì íàïðÿæåíèÿ íîé ñîñòàâëÿþùåé ñèãíàëà ØÈÌ, êàê ýòî
–2.5 Â. Åñëè íàïðÿæåíèå VOUT áîëåå ïîëîæè- îïðåäåëÿåòñÿ òåîðèåé, è íå áóäåò èìåòü ïóëü-
òåëüíî, ÷åì –2.5 Â, âûõîäíîé óðîâåíü êîìïà- ñàöèé. Ñàìîå çàìå÷àòåëüíîå, ÷òî îòêàëèáðî-
ðàòîðà ðàâåí 0, ÷òî îçíà÷àåò, ÷òî ïåðâûé áèò âàòü ïðåîáðàçîâàòåëü ìîæíî â ëþáîå âðåìÿ
â êîäå ÖÀÏ äîëæåí èçìåíèòüñÿ íà 0; â ïðî- è ïîëíîñòüþ àâòîìàòè÷åñêè.
òèâíîì ñëó÷àå ýòîò áèò ñîõðàíÿåò çàäàííîå
çíà÷åíèå 1. Ïîñëå ýòîãî ìèêðîêîíòðîëëåð Ñîâåò äëÿ ïðîôåññèîíàëîâ
ïîñûëàåò â ÖÀÏ êîä «x10000000000» è óñòà-
íàâëèâàåò çíà÷åíèå âòîðîãî áèòà â ñîîòâåò- Äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øåé òî÷íîñòè
ñòâèè ñ ðåàêöèåé êîìïàðàòîðà. Äàëåå ïîñû- íàñòðîéêè âìåñòî îáùåãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ
+5  èñïîëüçóéòå ñïåöèàëüíûé èñòî÷íèê

68 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

íàïðÿæåíèÿ. Îáÿçàòåëüíî ïðîñëåäèòå, 2. Sugiyama et al., US Patent 3,636,458, Jan 1972.
÷òîáû îòíîøåíèå R3/R4 áûëî ìàêñèìàëüíî 3. Binitha P., T. Sanish Kumar, Comparison of PWM
áëèçêèì ê 2:1, à íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ IC2 è
IC4 áûëè ìàëû, íàñêîëüêî ýòî âîçìîæíî. and one-cycle control for switching converters,
Ðåçèñòîðû R1 è R2 äîëæíû áûòü ìåòàëëîï- IJETAE, vol. 3, No. 4, Apr 2013, 332-336.
ëåíî÷íûìè ñ äîïóñêàìè 1%. Êîíäåíñàòîð C1 4. Eccleston et al. US Patent 5,402,082, Mar 1995.
äîëæåí èìåòü òî÷íîñòü íå õóæå 2% è íèçêèé 5. Woodward S., DC-accurate, 32-bit DAC achieves
êîýôôèöèåíò äèýëåêòðè÷åñêîé àáñîðáöèè. 32-bit resolution, EDN, Oct 30, 2008, 61-62.
Ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòîãî êëþ÷åâîãî òðàí- 6. Fluke, 5700A/5720A Series II Multi-Function
çèñòîðà Q1 äîëæíî áûòü íèçêèì. Ìîæíî Calibrator, Operators Manual, May 1996, page 1-8.
òàêæå èñïîëüçîâàòü ÖÀÏ ñ áîëåå âûñîêèì
ðàçðåøåíèåì. ÐË Ìàòåðèàëû ïî òåìå

Ññûëêè 1. Datasheet Microchip MCP4921
2. Datasheet Texas Instruments TL071A
1. Sugiyama T., K. Yamaguchi, Pulsewidth 3. Datasheet Texas Instruments LF398-N
Modulation DC Potentiometer, IEEE Transactions 4. Datasheet Texas Instruments OPA2277
on Instrumentation and Measurement, vol. IM-19, 5. Datasheet Texas Instruments CD74HC02
No. 4, Nov 1970, 286-290. 6. Datasheet NXP J176

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 69

Óñòðîéñòâî

ïëàâíîãî

çàðÿäà è ðàçðÿäà

ôèëüòðóþùèõ êîíäåíñàòîðîâ
âûñîêîâîëüòíîãî âûïðÿìèòåëÿ

Ìèõàèë Ãóðîâè÷, ÑØÀ

Ñòàòüÿ îïèñûâàåò óñòðîéñòâî ïëàâíîãî çàðÿäà ôèëüòðóþùèõ êîíäåíñàòîðîâ âûñî-
êîâîëüòíîãî âûïðÿìèòåëÿ ïðè ïîäêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ è ðàçðÿäà ýòèõ êîíäåíñàòîðîâ ïðè
ñíÿòèè/îòêëþ÷åíèè âíåøíåãî íàïðÿæåíèÿ

ÂÂñåì, êòî ñòàëêèâàåòñÿ ñ âûñîêîâîëüòíû- ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ ïðè îòñóòñòâèè
íàãðóçêè íà âûõîäå âûïðÿìèòåëÿ. Íåîáõîäè-
ìè èñòî÷íèêàìè ïèòàíèÿ áîëüøîé ìîùíîñòè ìîñòü â òàêîì ðàçðÿäå âûçâàíà ñîîáðàæåíè-
â ñâîåé ðàáîòå, èçâåñòíà ïðîáëåìà áîëüøîãî ÿìè òåõíèêè áåçîïàñíîñòè. Äåëî â òîì, ÷òî
ïóñêîâîãî òîêà, êîòîðûé ïîòðåáëÿåò âûïðÿ- êîíäåíñàòîðû ôèëüòðà ìîãóò íàõîäèòüñÿ â
ìèòåëü â ñàìûé ïåðâûé ìîìåíò ïîñëå ïîäà÷è çàðÿæåííîì ñîñòîÿíèè äîñòàòî÷íî äîëãîå
íà íåãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Ýòîò âðåìÿ ïîñëå âûêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ, îñîáåííî
òîê ìîæåò â íåñêîëüêî ðàç ïðåâûøàòü íîìè- åñëè ìû èìååì âûñîêîâîëüòíûé èñòî÷íèê ñ
íàëüíûé ïîòðåáëÿåìûé òîê óñòðîéñòâà è ïðè- áîëüøèì âûõîäíûì òîêîì, è êîíäåíñàòîðû
âîäèò ê ëîæíîìó ñðàáàòûâàíèþ óñòðîéñòâ èìåþ áîëüøóþ åìêîñòü. Ýòî îñòàòî÷íîå
òîêîâîé çàùèòû. Ïóñêîâîé òîê äîñòèãàåò áîëü- íàïðÿæåíèå ìîæåò ïðåäñòàâëÿòü îïàñíîñòü
øèõ çíà÷åíèé èç-çà òîãî, ÷òî â ïåðâûé äëÿ îáñëóæèâàþùåãî ïåðñîíàëà. Áûñòðûé
ìîìåíò ïîñëå ïîäà÷è íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ðàçðÿä êîíäåíñàòîðîâ ôèëüòðà êàê ðàç è
êîíäåíñàòîðû ôèëüòðà ïîëíîñòüþ ðàçðÿæå- ÿâëÿåòñÿ âòîðîé ôóíêöèåé îïèñûâàåìîãî
íû, è èõ ñîïðîòèâëåíèå ïðàêòè÷åñêè ðàâíî óñòðîéñòâà.
íóëþ. Èìåííî ýòî è ïðèâîäèò ê ðåçêîìó ñêà÷-
êó òîêà. Ïî ìåðå çàðÿäà íàïðÿæåíèå íà êîí- Îñîáåííîñòüþ ýòîé êîíñòðóêöèè ÿâëÿåòñÿ
äåíñàòîðàõ óâåëè÷èâàåòñÿ, è òîê çàðÿäà ïàäà- òî, ÷òî â íåé èñïîëüçóþòñÿ òîëüêî ïàññèâíûå
åò ïðàêòè÷åñêè äî íóëÿ ïðè ïîëíîñòüþ çàðÿ- êîìïîíåíòû – ðåçèñòîðû, êîíäåíñàòîðû,
æåííûõ êîíäåíñàòîðàõ (áåç íàãðóçêè). Îãðà- äèîäû è ðåëå. Ðåøåíèÿ ïðîáëåìû çàðÿäà è
íè÷åíèå ýòîãî ïóñêîâîãî òîêà – ýòî îäíà èç ðàçðÿäà êîíäåíñàòîðîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì
ôóíêöèé îïèñûâàåìîãî óñòðîéñòâà. àêòèâíûõ êîìïîíåíòîâ õîðîøî èçâåñòíû, íî
â ýòîé êîíñòðóêöèè îíè íå èñïîëüçóþòñÿ, ÷òî
Âòîðàÿ ôóíêöèÿ – ýòî ðàçðÿä êîíäåíñàòî- ïîçâîëèëî ðåøèòü çàäà÷ó îòíîñèòåëüíî ïðî-
ðîâ ôèëüòðà ïîñëå îòêëþ÷åíèÿ âõîäíîãî

70 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

ñòî, ñ ìèíèìàëüíûì êîëè÷åñòâîì êîìïëåêòó- òè: ïîñëå ñíÿòèÿ (îòêëþ÷åíèÿ) âõîäíîãî
þùèõ è áåç ïðèìåíåíèÿ äîïîëíèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ ê âûõîäó âûïðÿìèòåëÿ ïîäêëþ÷à-
èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, íåîáõîäèìîãî äëÿ ýëåê- åòñÿ ðåçèñòîð ìàëîãî ñîïðîòèâëåíèÿ, êîòîðûé
òðîííûõ ìîäóëåé. áûñòðî ðàçðÿæàåò êîíäåíñàòîðû ïðàêòè÷åñêè
äî íóëåâîãî óðîâíÿ. Â îïèñûâàåìîé êîíñòðóê-
Îïèñûâàåìîå ñõåìíîå ðåøåíèå áûëî öèè äëÿ ðàçðÿäà è çàðÿäà èñïîëüçóåòñÿ îäèí è
ïðèìåíåíî â áåñòðàíñôîðìàòîðíîì òðåõ- òîò æå ðåçèñòîð âåëè÷èíîé 400 Îì.
ôàçíîì âûïðÿìèòåëå äëÿ ïèòàíèÿ óëüòðàçâó-
êîâîãî ñâàðî÷íîãî ãåíåðàòîðà. Âûïðÿìèòåëü Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà óñòðîéñòâà ïðèâå-
ïîäêëþ÷åí ê òðåõôàçíîé ëèíèè ïî ñõåìå òðåó- äåíà íà Ðèñóíêå 1.
ãîëüíèêà ñ íàïðÿæåíèÿìè 280 Â ïåðåìåííîãî
òîêà ìåæäó ôàçàìè. Íà âûõîäå òð¸õôàçíîãî Îïèñàíèå ðàáîòû ñõåìû è åå
äèîäíîãî ìîñòà ðàçìàõ íàïðÿæåíèÿ äîñòèãà- êîìïîíåíòîâ
åò 400 B. Íîìèíàëüíûé òîê, îòäàâàåìûé ýòèì
âûïðÿìèòåëåì, ñîñòàâëÿåò 16 À. ! Âûõîä âûïðÿìèòåëÿ ìîäåëèðóåòñÿ èñòî÷-
íèêîì ïèòàíèÿ V1 è âûêëþ÷àòåëåì SW;
Èäåÿ îãðàíè÷åíèÿ òîêà çàðÿäà ñîñòîèò â
òîì, ÷òî êîíäåíñàòîð ïîäêëþ÷àåòñÿ ê âûõîäó ! C_F – âûõîäíîé ôèëüòðóþùèé êîíäåíñà-
âûïðÿìèòåëÿ íå íàïðÿìóþ, à ÷åðåç òîêîîãðà- òîð (èëè íåñêîëüêî êîíäåíñàòîðîâ);
íè÷èâàþùèé ðåçèñòîð íåáîëüøîãî ñîïðîòèâ-
ëåíèÿ, è ïî ìåðå çàðÿäà êîíäåíñàòîðà ýòîò ! Relay_CHRG – ðåëå ïîñòîÿííîãî òîêà,
ðåçèñòîð øóíòèðóåòñÿ, îáû÷íî ñ ïîìîùüþ îòâåòñòâåííîå çà ïðîöåññ çàðÿäà êîíäåí-
êîíòàêòîâ ðåëå. Â ïðîöåññå íîðìàëüíîé ðàáî- ñàòîðà C_F;
òû âûïðÿìèòåëÿ ýòîò ðåçèñòîð îñòàåòñÿ
çàøóíòèðîâàííûì. Â ïðåäëàãàåìîé êîíñòðóê- ! Relay_DSCHRG – ðåëå ïîñòîÿííîãî òîêà,
öèè èñïîëüçóåòñÿ ðåçèñòîð íîìèíàëà 400 Îì, îáåñïå÷èâàåò ïðîöåññ ðàçðÿäà êîíäåíñà-
÷òî îãðàíè÷èâàåò ìàêñèìàëüíûé òîê çàðÿäà òîðà C_F;
íà óðîâíå 1 À.
! R_CD – ðåçèñòîð, âûïîëíÿþùèé äâå ðîëè:
Ïðè îòêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ ðàçðÿä êîíäåíñà- îãðàíè÷èâàåò ìàêñèìàëüíûé çàðÿäíûé
òîðîâ ïðîèñõîäèò â òàêîé ïîñëåäîâàòåëüíîñ- òîê ïðè çàðÿäå è ñëóæèò íàãðóçêîé ïðè
ðàçðÿäå êîíäåíñàòîðà C_F;

D1
V_DSCHRG

Relay_DSCHRG

R_DSCHRG D2 V_CHRG R_CD
8.2kW 400W

VIN R_CHRG Relay_CHRG
8.2kW
VOUT
SW
C_DELAY C_F
+ 2200µF 2400µF
V1
400V

–

Ðèñóíîê.1. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà óñòðîéñòâà.

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 71

! R_CHRG – ðåçèñòîð öåïè ïèòàíèÿ ïåðåõîä íà ïðÿìîå ïîäêëþ÷åíèå (ñîñòîÿ-
Relay_CHRG; íèå ÐÀÁÎÒÀ) íå âûçûâàåò ñèëüíîãî áðîñ-
êà òîêà.
! C_DELAY – êîíäåíñàòîð ñõåìû çàäåðæêè
ñðàáàòûâàíèÿ Relay_CHRG; 3. ÐÀÁÎÒÀ – îñíîâíîå ñîñòîÿíèå. Îáà ðåëå
ïîä ïîëíûì íàïðÿæåíèåì, êîíäåíñàòîð
! Ðåçèñòîð R_CHRG è êîíäåíñàòîð C_DELAY C_F ïîäêëþ÷åí ê âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ
îáðàçóþò öåïü çàäåðæêè âêëþ÷åíèÿ íàïðÿìóþ, ðåçèñòîð R_CD çàøóíòèðîâàí
Relay_CHRG; êîíòàêòàìè ðåëå.

! R_DSCHRG – ðåçèñòîð, îáåñïå÷èâàþùèé 4. ÐÀÇÐßÄ – ñîñòîèò èç äâóõ ôàç: Ðàçðÿä_À
ðåæèì ðàáîòû Relay_DSCHRG; è Ðàçðÿä_Á.

! D1 – äèîä, íåîáõîäèìûé äëÿ ðàçäåëåíèÿ # Ðàçðÿä_À – âõîäíîå íàïðÿæåíèå îòêëþ-
öåïåé âõîäà è âûõîäà, îáåñïå÷èâàþùåãî ÷åíî, ðåëå ðàçðÿäà îòêëþ÷àåòñÿ ñðàçó è
ðåæèì áûñòðîãî ðàçðÿäà C_F; ïîäêëþ÷àåò âûâîä ðåçèñòîðà R_CD (1) ê
çåìëå.
! D2 – äèîä, óñêîðÿþùèé ïðîöåññ ðàçðÿäà
çà ñ÷åò ïàðàëëåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ îáìîòîê Ðåëå çàðÿäà íàõîäèòñÿ âî âêëþ÷åííîì
îáîèõ ðåëå â ðåæèìå ðàçðÿäà. ñîñòîÿíèè çà ñ÷åò íàïðÿæåíèå íà êîí-
äåíñàòîðå C_DELAY. C_DELAY ðàçðÿæà-
Ñîñòîÿíèÿ óñòðîéñòâà è àëãîðèòì åòñÿ ÷åðåç îáìîòêó ðåëå çàðÿäà è ÷åðåç
ðàáîòû D2 è îáìîòêó ðåëå ðàçðÿäà, îòðàáàòûâà-
åòñÿ çàäåðæêà îòêëþ÷åíèÿ, è ïî åå îêîí-
Óñòðîéñòâî ìîæåò íàõîäèòüñÿ â îäíîì èç ÷àíèè âûâîä ðåçèñòîðà R_CD (2) ïîäêëþ-
÷åòûðåõ ñîñòîÿíèé. ÷àåòñÿ ê êîíäåíñàòîðó C_F.  ïðîöåññå
ðàçðÿäà îáìîòêè îáîèõ ðåëå ñîåäèíÿþò-
1. ÎÒÊË – îáà ðåëå îáåñòî÷åíû. Ðåçèñòîð ñÿ ïàðàëëåëüíî ÷åðåç äèîä D2, ÷òî
R_CD ñîåäèíÿåò âûõîä ñõåìû ñ çåìëåé. çàìåòíî óñêîðÿåò ïðîöåññ ðàçðÿäà êîí-
äåíñàòîðà C_DELAY è óìåíüøàåò âðåìÿ
2. ÇÀÐßÄ – ïîäàíî âõîäíîå íàïðÿæåíèå. íà÷àëà ôàçû Ðàçðÿä_Á.
Relay_CHRG âêëþ÷àåòñÿ ñðàçó è ïîäêëþ-
÷àåò âûâîä ðåçèñòîðà R_CD (1) êî âõîäó. # Ðàçðÿä_Á – ðåëå çàðÿäà îòêëþ÷àåòñÿ è
Âûâîä ðåçèñòîðà R_CD (2) ïîêà ïîäêëþ- ðàçðÿæàåò C_F ÷åðåç ðåçèñòîð R_CD íà
÷åí ê êîíäåíñàòîðó C_F. Êîíäåíñàòîð çåìëþ.
C_F íà÷èíàåò ïðîöåññ çàðÿäà ÷åðåç ýòîò
ðåçèñòîð. Relay_CHRG îòðàáàòûâàåò Âðåìåííûå äèàãðàììû íàïðÿæåíèé â ðàç-
çàäåðæêó, è çà ýòî âðåìÿ êîíäåíñàòîð ëè÷íûõ óçëàõ ñõåìû ïîêàçàíû íà Ðèñóíêå 2.
óñïåâàåò çàðÿäèòüñÿ ÷åðåç ðåçèñòîð äî
íåêîòîðîãî íàïðÿæåíèÿ, ïðè êîòîðîì

V_DSCHRG VOUT
VIN

V_CHRG

Ðåæèì Ðåæèì Ðåæèì Ðàçðÿä À Ðåæèì ÐÀÇÐßÄ
ÎÒÊË ÇÀÐßÄ ÐÀÁÎÒÀ Ðàçðÿä Á

Ðèñóíîê 2. Âðåìåííûå äèàãðàììû íàïðÿæåíèé â ðàçëè÷íûõ óçëàõ ñõåìû. VIN – âõîäíîå íàïðÿæåíèå,
VOUT – âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, V_CHRG – íàïðÿæåíèå íà îáìîòêå ðåëå çàðÿäà, V_DSCHRG – íàïðÿ-
æåíèå íà îáìîòêå ðåëå ðàçðÿäà.

72 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

Ðåêîìåíäàöèè ïî ðàñ÷åòó è âûáîðó  íàøåì ñëó÷àå ýòî
êîìïîíåíòîâ
400  = 10 êÎì.
Ðàñ÷åò è âûáîð êîìïîíåíòîâ óñòðîéñòâà 40 ìÀ
ðåêîìåíäóåòñÿ íà÷àòü ñ ðåëå.
Ñ ó÷åòîì ñîïðîòèâëåíèÿ îáìîòêè 600 Îì
Îáà ðåëå îäèíàêîâûå, äîëæíû áûòü ðàñ- ïîëó÷àåì ñîïðîòèâëåíèå ïîñëåäîâàòåëüíîãî
ñ÷èòàíû íà ðàáîòó íà ïîñòîÿííîì òîêå, èìåòü ðåçèñòîðà, ðàâíûì 9.4 êÎì. Ôàêòè÷åñêè áûëè
êàê ìèíèìóì îäíó ãðóïïó ïåðåêëþ÷àþùèõ âûáðàíû ðåçèñòîðû ÷óòü ìåíüøåãî ñîïðî-
êîíòàêòîâ. Ïàðàìåòðû ðåëå, íà êîòîðûå òèâëåíèÿ (8.2 êÎì), ÷òîáû îáåñïå÷èòü íàäåæ-
íóæíî îáðàòèòü âíèìàíèå, ñëåäóþùèå: íûé ðåæèì ðàáîòû ðåëå ïðè íåáîëüøèõ âîç-
ìîæíûõ êîëåáàíèÿõ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.
! Ìàêñèìàëüíûé òîê ÷åðåç çàìêíóòûå Î÷åíü âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ðåçèñòîðû ýòè ïðè
êîíòàêòû äîëæåí áûòü âûøå, ÷åì ìàêñè- ðàáîòå íàãðåâàþòñÿ, è íóæíî ðàññ÷èòàòü è
ìàëüíî âîçìîæíûé òîê, îòäàâàåìûé âûáðàòü ðåçèñòîðû ñ çàïàñîì ïî ìîùíîñòè.
âûïðÿìèòåëåì â íàãðóçêó;
Ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ íà ðåçèñòîðå,
! Ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå íà ðàçî- ñîñòàâèò
ìêíóòûõ êîíòàêòàõ äîëæíî áûòü âûøå,
÷åì ïèêîâîå íàïðÿæåíèå íà âûõîäå äèîä- PR = (VIN - VR ) ×IR = (400 - 24) × 0.04 = 15 Âò.
íîãî ìîñòà;
Î÷åíü ðåêîìåíäóåòñÿ âûáðàòü ðåçèñòîð ñ
! Ñîïðîòèâëåíèå îáìîòêè ïîñòîÿííîìó çàïàñîì ïî ìîùíîñòè. Àâòîð ïðè èçãîòîâëå-
òîêó; íèè êîíñòðóêöèè èñïîëüçîâàë ðåçèñòîðû
ìîùíîñòüþ 50 Âò, óñòàíîâëåííûå íà øàññè.
! Òîê ñðàáàòûâàíèÿ è òîê îòïóñêàíèÿ
íóæíî çíàòü, åñëè âû ïëàíèðóåòå ñíà÷àëà Âûáîð ðåçèñòîðà R_CD äîñòàòî÷íî ïðîèç-
ïðîâåñòè ïðîãðàììíóþ ñèìóëÿöèþ ðàáî- âîëåí. Àâòîðîì âûáðàí ðåçèñòîð ñîïðîòèâ-
òû ñõåìû. Îáû÷íî ýòè ïàðàìåòðû ïðèâî- ëåíèåì 400 Îì è ìîùíîñòüþ 20 Âò, ÷òîáû
äÿòñÿ â ñïåöèôèêàöèè íà ðåëå, íî åñëè èõ îãðàíè÷èòü ìàêñèìàëüíûé çàðÿäíûé òîê íà
òàì íåò, ïàðàìåòðû ìîæíî îïðåäåëèòü óðîâíå 1 À. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ýòîò ðåçèñ-
ýêñïåðèìåíòàëüíî. òîð ðàáîòàåò â ïåðâûé ìîìåíò ïîñëå âêëþ÷å-
íèÿ – â ôàçå ÇÀÐßÄ, è â ñàìûé ïîñëåäíèé
Ïðèìåð ðàñ÷åòà êîìïîíåíòîâ ìîìåíò ïðè âûêëþ÷åíèè – â ôàçå ÐÀÇÐßÄ, è
òîê, íàïðÿæåíèå è ìîùíîñòü íà íåì áûñòðî
Âîò ïðèìåð ðàñ÷åòà äëÿ ñëåäóþùåãî íàáî- ïàäàþò ïî ìåðå çàðÿäà/ðàçðÿäà âûõîäíîãî
ðà âõîäíûõ è âûõîäíûõ ïàðàìåòðîâ: êîíäåíñàòîðà.

Âõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîäóëÿ VIN = 400 Â Äèîä D1 äîëæåí èìåòü ïðÿìîé ìàêñèìàëü-
ïîñòîÿííîãî òîêà. íûé òîê, áîëüøèé, ÷åì ìàêñèìàëüíûé òîê,
îòäàâàåìûé âûïðÿìèòåëåì, è îáðàòíîå
Âûõîäíîé òîê ìîäóëÿ IOUT = 16 À. íàïðÿæåíèå, áîëüøåå, ÷åì ìàêñèìàëüíîå
Íîìèíàëüíîå ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå ðåëå âõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîäóëÿ.
VR = 24 Â ïîñòîÿííîãî òîêà.
Ñîïðîòèâëåíèå îáìîòêè ïîñòîÿííîìó òîêó Äèîä D2 äîëæåí èìåòü ðàáî÷èé òîê âûøå,
RR = 600 Îì. ÷åì ðàáî÷èé òîê îáìîòêè ðåëå, à îáðàòíîå
Òîê ÷åðåç îáìîòêó ðåëå â ðàáî÷åì ðåæèìå íàïðÿæåíèå áîëüøå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
ìîäóëÿ. Ëþáîé äèîä ñ íàïðÿæåíèåì 600 Â è
IR = VR = 24  = 40 ìÀ. òîêîì â 1 À ñ óñïåõîì ïîäîéäåò.
RR 600 Îì
Âåëè÷èíà êîíäåíñàòîðà çàäåðæêè íå ðàñ-
Ñíà÷àëà ðàññ÷èòûâàåì ïîëíîå ñîïðîòèâ- ñ÷èòûâàëàñü, à ïîäáèðàëàñü ýêñïåðèìåí-
ëåíèå äåëèòåëÿ íà îñíîâå òîêà ÷åðåç ðåëå òàëüíî ïðè ñèìóëÿöèè ñõåìû â ïðîãðàììå
Multisim. Ïðè óêàçàííûõ âåëè÷èíàõ íàïðÿæå-
ID = VIN ; íèé, ðåçèñòîðîâ è êîíäåíñàòîðîâ âðåìÿ ôàçû
IR çàðÿäà ñîñòàâëÿåò 0.7 ñ, âðåìÿ çàäåðæêè ðàç-
ðÿäà 1.0 ñ, âðåìÿ ðàçðÿäà ïðèìåðíî 3.0 ñ. ÐË

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 73

Çàçåìëåííîé

ñèíòåçèðîâàííîé èíäóêòèâíîñòè

íå íóæíû âíåøíèå êîíäåíñàòîðû

Abhirup Lahiri

Electronic Design

ÈÈíäóêòèâíîñòè íà îñíîâå àêòèâíûõ ýëå- Íî ñóùåñòâóåò îäíà àëüòåðíàòèâà – îïå-
ðàöèîííûé óñèëèòåëü ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî
ìåíòîâ ñåãîäíÿ î÷åíü âîñòðåáîâàíû ðàçðà- òîêó (current-feedback operational amplifier,
áîò÷èêàìè, ïîñêîëüêó îáû÷íûå ñïèðàëüíûå CFOA), – î÷åíü ïîïóëÿðíàÿ, ïîñêîëüêó îíà
èíäóêòèâíîñòè ñëèøêîì âåëèêè, òÿæåëû è ëèøåíà íåäîñòàòêîâ îïåðàöèîííûõ óñèëèòå-
äîðîãè, è îíè òðåáóþò íàñòðîéêè.  òå÷åíèå ëåé.  îïèñûâàåìîé çäåñü íîâîé êîíñòðóêöèè
ïîñëåäíèõ íåñêîëüêèõ äåñÿòèëåòèé áûëî íå èìåþùåé ïîòåðü ñèíòåçèðîâàííîé èíäóê-
ðàçðàáîòàíî ìíîãî ðàçëè÷íûõ ñõåì çàçåì- òèâíîñòè èñïîëüçîâàí ñåðèéíî âûïóñêàåìûé
ëåííûõ ñèíòåçèðîâàííûõ èíäóêòèâíîñòåé ñ êîìïàíèåé Analog Devices CFOA òèïà
èñïîëüçîâàíèåì ðàçëè÷íûõ âûñîêîêà÷åñ- AD844AN. Èíäóêòèâíîñòü ñäåëàíà áåç âíåø-
òâåííûõ àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ, òàêèõ êàê îáû÷- íèõ êîíäåíñàòîðîâ. Âìåñòî ýòîãî èñïîëüçóåò-
íûå îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè è óïðàâëÿå- ñÿ âíóòðåííÿÿ åìêîñòü êîìïåíñàöèîííîãî
ìûå íàïðÿæåíèåì óñèëèòåëè òîêà. Íî îïåðà- âûâîäà (Z) CFOA, ïîýòîìó òàêàÿ êîíñòðóêöèÿ
öèîííûå óñèëèòåëè èìåþò êîíå÷íîå çíà÷å- ìîæåò áûòü êëàññèôèöèðîâàíà êàê ñõåìà ñ
íèå ïðîèçâåäåíèÿ óñèëåíèÿ íà ïîëîñó ïðî- àêòèâíûì ñîïðîòèâëåíèåì.
ïóñêàíèÿ (GBP), ïîýòîìó èõ íåëüçÿ èñïîëüçî-
âàòü íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ. CFOA ÿâëÿåòñÿ àêòèâíûì ñòðîèòåëüíûì
áëîêîì, à èäåàëüíûé CFOA õàðàêòåðèçóåòñÿ
VIN IIN ñëåäóþùèìè ôîðìóëàìè (ñì. Ðèñóíîê 1):

Y IY = 0

Y R2 ZW VY = VX
CFOA2
ZW X IZ = IX
CFOA1
ZIN X VW = VX
R1
Õîòÿ CFOA è äâà ðåçèñòîðà íà ðèñóíêå
Ðèñóíîê 1. Âñåãî äâà îïåðàöèîííûõ óñèëèòå- ñèíòåçèðóþò çàçåìëåííóþ èíäóêòèâíîñòü,
ëÿ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó è äâà ðåçèñòîðà ýòó èäååþ ìîæíî ðàñøèðèòü äëÿ ñîçäàíèÿ
ïîçâîëÿþò ñîçäàòü ñèíòåçèðîâàííóþ èíäóê- ïëàâàþùåé èíäóêòèâíîñòè, èñïîëüçóÿ
òèâíîñòü, ñâîáîäíóþ îò íåäîñòàòêîâ äðóãèõ âñòðå÷íîå âêëþ÷åíèå.
èíäóêòèâíîñòåé ñ àêòèâíûìè ýëåìåíòàìè.
Ïîñêîëüêó íà âûâîäå Z CFOA1 âíåøíåãî
ðåçèñòîðà íåò, äëÿ òî÷íîãî àíàëèçà ñõåìû
íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïàðàçèòíîå ñîïðîòèâ-
ëåíèå. Åñëè ïàðàçèòíîå ñîïðîòèâëåíèå è
åìêîñòü íà âûâîäå Z ïåðâîãî CFOA ðàâíû
RO1 è CO1, à ïàðàçèòíîå ñîïðîòèâëåíèå è
åìêîñòü íà âûâîäå Z âòîðîãî CFOA ðàâíû RO2

74 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

è CO2, òî êîìïëåêñíàÿ âõîäíàÿ ïðîâîäèìîñòü âàíèé íà ìàêåòå áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî
áóäåò ðàâíà: C = CO1 = 4.5 ïÔ è RO1 = RO2 = 3 ÌÎì. Áûëè
ñèíòåçèðîâàíû èíäóêòèâíîñòè ñ î÷åíü íèçêè-
YIN = R1× R2 + RO1 + ìè çíà÷åíèÿìè, íåçíà÷èòåëüíî îòëè÷àâøè-
s × CO1 × R1× R2 × CO1 ìèñÿ îò òåîðåòè÷åñêèõ. Òèïè÷íûå çíà÷åíèÿ
èìåëè ïîðÿäîê ìèêðîãåíðè. Òàêèå íèçêèå
+ 1+ s × CO2 ×RO2 , çíà÷åíèÿ èíäóêòèâíîñòåé îñîáåííî õîðîøî
RO2 ïîäõîäÿò äëÿ ðàäèî÷àñòîòíûõ ñõåì.

ãäå s – êîìïëåêñíàÿ ïåðåìåííàÿ, îòíîñÿùàÿ- Ïðåäñòàâëåííàÿ çäåñü êîíñòðóêöèÿ ïðî-
ñÿ ê ïðåîáðàçîâàíèþ Ëàïëàñà. ñòà, à ñòðóêòóðà õîðîøî èçâåñòíà. Êðîìå
òîãî, ëåãêîäîñòóïíûå, èìåþùèåñÿ â ïðîäàæå
Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî, êàê ïðàâèëî, RO ìèêðîñõåìû CFOA äåëàþò ñõåìó î÷åíü ïðî-
èìååò ïîðÿäîê ìåãàîì, à CO – ïèêîôàðàä. Ñ ñòîé â ðåàëèçàöèè. ÐË
ó÷åòîì ýòîãî, à òàêæå ïîëàãàÿ, ÷òî R1×R2 << RO1
è ÷àñòîòíûé äèàïàçîí ýòîé êîíñòðóêöèè íå Ññûëêè
ìîæåò áûòü áîëüøå åäèíèö ìåãàãåðö, âõîäíîå
ñîïðîòèâëåíèå ñõåìû ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî: 1. K. Pal, “Floating inductance and FDNR using
positive polarity current conveyors,” Active and
ZIN = s × LEQ . Passive Electronic Components, Vol. 27, pp. 81-
ãäå 83, 2004.

LEQ = C × R1× R2. 2. Raj Senani and V.K. Singh, “Novel Single-
Resistance Controlled- Oscillator Configuration
 ñõåìå áûëè èñïîëüçîâàíû ðåçèñòîðû using Current Feedback Amplifiers,” IEEE
R1 = R2 = 500 Îì ñ äîïóñêîì 5%. Íà îñíîâà- Transactions on Circuits and Systems-I:
íèè òåõíè÷åñêîãî îïèñàíèÿ AD844 è èññëåäî- Fundamental Theory and Applications, Vol. 43,
No. 8, pp. 698-700,1996.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå

1. Datasheet Analog Devices AD844AN

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 75

Óñîâåðøåíñòâîâàíèå

ôîòîäèîäíîãî óñèëèòåëÿ

ñ ïîìîùüþ ñîãëàñîâàííîé ïàðû
ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ

Paul Rako

Electronic Design

ÈÈñïîëüçîâàíèå ñõåìû íåéòðàëèçàöèè ñ Â ñõåìå ïðèìåíÿåòñÿ ïîâòîðèòåëü íàïðÿæå-
íèÿ íà ïîëåâîì òðàíçèñòîðå, âêëþ÷åííûé ñî
ïîëåâûì òðàíçèñòîðîì ìîæåò óëó÷øèòü äèíà- ñòîðîíû êàòîäà ôîòîäèîäà (Ðèñóíîê 1). Òàêîå
ìè÷åñêèé îòêëèê ôîòîäèîäà, íî ïðè ýòîì âêëþ÷åíèå óñòðàíÿåò ýôôåêòû âëèÿíèÿ âíóò-
äîáàâëÿåò íåæåëàòåëüíîå ïîñòîÿííîå ðåííåãî ñîïðîòèâëåíèÿ è åìêîñòè ôîòîäèî-
íàïðÿæåíèå. Óñòðàíèòü ýòó ïðîáëåìó ìîæíî äà. Åñëè íàïðÿæåíèå íà ôîòîäèîäå íå ìåíÿ-
ñ ïîìîùüþ ñäâîåííîãî ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà åòñÿ, ñîïðîòèâëåíèå è åìêîñòü íå ñêàçûâàþò-
ñ p-n ïåðåõîäîì. ñÿ íà ðàáîòå ñõåìû. È äèíàìè÷åñêàÿ íåéòðà-
ëèçàöèÿ ïàðàçèòíûõ ïàðàìåòðîâ ñ ïîìîùüþ
Ó Linear Technology åñòü õîðîøåå ðóêîâî- ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà íå âëèÿåò íà ôîòîòîê,
äñòâî [1] ïî èñïîëüçîâàíèþ äèñêðåòíûõ ïîëå- ãåíåðèðóåìûé äèîäîì.
âûõ òðàíçèñòîðîâ äëÿ óëó÷øåíèÿ äèíàìè÷åñ-
êîãî îòêëèêà ôîòîäèîäîâ áîëüøîé ïëîùàäè.

CF
0.25 pF

5Â RF
Philips 1M

BF862

RBIAS IPD 5Â VOUT = 1M×IPD
4.99k Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ: 350 êÃö
– Âûõîäíîé øóì: 220 íÂÖÃö
–5  íà ÷àñòîòå 10 êÃö
1/2
Ôîòîäèîä LTC6244HV VOUT
áîëüøîé ïëîùàäè
S1227-1010BQ +
CPD = 3000 pF
–5 Â

Ðèñóíîê 1. Äëÿ äèíàìè÷åñêîé íåéòðàëèçàöèè ïàðàçèòíûõ ïàðàìåòðîâ êàòîäà ôîòîäèîäà â ýòîé
ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ ïîëåâîé òðàíçèñòîð ñ p-n ïåðåõîäîì. Îí óñòðàíÿåò âëèÿíèå ñîïðîòèâëåíèÿ è
åìêîñòè äèîäà. Ýòî ðàñøèðÿåò ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ è ñíèæàåò øóìû, îäíàêî ñîçäàåò ïîñòîÿííîå
íàïðÿæåíèå íà ôîòîäèîäå.

76 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

ðåçèñòîðà îáðàòíîé ñâÿçè. Íàïðÿæåíèå ñìå-
ùåíèÿ óñèëèòåëÿ è ýêâèâàëåíòíîå âõîäíîå
íàïðÿæåíèå øóìîâ óìíîæàþòñÿ íà øóìîâîå
óñèëåíèå ñõåìû è ïîÿâëÿþòñÿ íà âûõîäå. Â
ðóêîâîäñòâå ïî îïåðàöèîííûì óñèëèòåëÿì
Analog Devices [2] ïîêàçàíî, ÷òî øóìîâîå
óñèëåíèå äëÿ ñèãíàëîâ íèçêèõ ÷àñòîò îïðåäå-
ëÿåòñÿ âûðàæåíèåì

1+ RF ,
RIN

à øóìîâîå óñèëåíèå äëÿ ñèãíàëîâ âûñîêèõ
÷àñòîò ðàâíî

Ðèñóíîê 2. SPICE-ìîäåëü äåìîíñòðèðóåò 1+ CIN .
ðàñøèðåíèå ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ñõåìû çà CF
ñ÷åò öåïè äèíàìè÷åñêîé íåéòðàëèçàöèè íà
ïîëåâîì òðàíçèñòîðå. Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ãäå CIN è RIN – åìêîñòü è ñîïðîòèâëåíèå ôîòî-
ñõåìû áåç íåéòðàëèçàöèè ñîñòàâëÿåò äèîäà, ñîîòâåòñòâåííî.
16.6 êÃö, à ñ ïîëåâûì òðàíçèñòîðîì îíà óâå-
ëè÷èâàåòñÿ äî 383.7 êÃö. Ïîñêîëüêó íåéòðàëèçàöèÿ äåëàåò ñîïðî-
òèâëåíèå ôîòîäèîäà ïðàêòè÷åñêè áåñêîíå÷-
Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ó ïîëåâîãî òðàíçèñ- íûì, êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ øóìà äëÿ íèç-
òîðà áîëüøå, ÷åì ó óñèëèòåëÿ, ïîýòîìó íåé- êî÷àñòîòíîãî ñèãíàëà ðàâåí 1. Ýòî îçíà÷àåò,
òðàëèçàöèÿ ðàñøèðÿåò ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ ÷òî íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ óñèëèòåëÿ, ïðîõî-
óñèëèòåëÿ ïðè åäèíè÷íîì óñèëåíèè. Áëàãî- äÿ íà âûõîä, íå óìíîæàåòñÿ.
äàðÿ íåéòðàëèçàöèè, êàæóùàÿñÿ åìêîñòü íà
âûõîäå óñèëèòåëÿ ðàâíà íóëþ ïðè âíóòðåí- Ïî âûñîêèì ÷àñòîòàì âñå ïî÷òè òàê æå õîðî-
íåé åìêîñòè ôîòîäèîäà 3000 ïÔ. Èñêëþ÷å- øî. Áåç ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà âõîäíàÿ
íèå ýòîé åìêîñòè óäàëÿåò èç ïåðåäàòî÷íîé åìêîñòü ñõåìû ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñóììó
õàðàêòåðèñòèêè âõîäíîé ïîëþñ èëè çàïàçäû- åìêîñòè äèîäà, åìêîñòè è ëþáîé ïàðàçèòíîé
âàíèå, ïîçâîëÿÿ èñïîëüçîâàòü ìåíüøèé êîí- åìêîñòè ïå÷àòíîé ïëàòû. Äîìèíèðóþùåé
äåíñàòîð ÷àñòîòíîé êîððåêöèè, ÷òî ðàñøèðèò çäåñü ÿâëÿåòñÿ åìêîñòü äèîäà 3000 ïÔ, ïîýòî-
ïîëîñó ÷àñòîò ñõåìû (Ðèñóíîê 2). ìó êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ øóìà äëÿ âûñîêî-
÷àñòîòíûõ ñèãíàëîâ ñîñòàâëÿåò 1 + 3015/0.25
Ïðåèìóùåñòâà íåéòðàëèçàöèè èëè 12,061. Ñ ïîëåâûì òðàíçèñòîðîì âõîäíàÿ
åìêîñòü ñõåìû ïàäàåò äî çíà÷åíèÿ ñóììû
Ñõåìà íåéòðàëèçàöèè òàêæå îêàçûâàåò åìêîñòè òðàíçèñòîðà, âõîäíîé åìêîñòè óñèëè-
áëàãîòâîðíîå âëèÿíèå íà øóì. Øóìû ôîòî- òåëÿ è ïàðàçèòíîé åìêîñòè.
äèîäíîãî óñèëèòåëÿ, ðàáîòàþùåãî êàê òðàíñ-
èìïåäàíñíûé óñèëèòåëü (TIA), ïðåäñòàâëÿþò Òåïåðü øóìîâîå óñèëåíèå äëÿ âûñîêèõ
ñîáîé ñëîæíîå ñî÷åòàíèå øóìà äèîäà, òîêî- ÷àñòîò ðàâíî 1+25/0.25 èëè 101. Ýêâèâàëåí-
âûõ øóìîâ óñèëèòåëÿ, øóìîâ íàïðÿæåíèÿ òíûé âõîäíîé øóì óñèëèòåëÿ óìíîæàåòñÿ íà
óñèëèòåëÿ è òåïëîâûõ øóìîâ Äæîíñîíà ýòî øóìîâîå óñèëåíèå. Óëó÷øåíèÿ øóìîâûõ
õàðàêòåðèñòèê ñõåìû î÷åâèäíû: êîýôôèöè-
åíò óñèëåíèÿ øóìà äëÿ âûñîêî÷àñòîòíûõ
ñèãíàëîâ èçìåíÿåòñÿ ñ 12,061 äî 101. Ïîëå-
âîé òðàíçèñòîð äîáàâëÿåò ñðåäíåêâàäðàòè÷-
íîå çíà÷åíèå 1 íÂ/ÖÃö ê øóìàì óñèëèòåëÿ
8 íÂ/ÖÃö, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïîëó÷àåòñÿ
8.2 íÂ/ÖÃö. Ýòà ñðåäíåêâàäðàòè÷íàÿ äîáàâêà
ïîêàçûâàåò, ÷òî â ñõåìå äîìèíèðóåò íàìíîãî
áîëüøåå ýêâèâàëåíòíîå âõîäíîå íàïðÿæå-
íèå øóìîâ óñèëèòåëÿ.

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 77

VÑÈ = 8 Â; Tj = 25 °C ïåðåäàòî÷íîé êðèâîé òðàíçèñòîðà, ïðèâåäåí-
30 íîé â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè (Ðèñóíîê 3). Ïîñ-
êîëüêó íåèíâåðòèðóþùèé âõîä îïåðàöèîííî-
20 ìàêñ. ãî óñèëèòåëÿ çàçåìëåí, ïîòåíöèàë èíâåðòè-
ðóþùåãî âûâîäà, åñëè íå ó÷èòûâàòü ëþáûå
IÑ (ìÀ) òèï. îøèáêè, âíîñèìûå íàïðÿæåíèåì ñìåùåíèÿ,
10 òàêæå äîëæåí ðàâíÿòüñÿ ïîòåíöèàëó çåìëè.
Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî çàòâîð ïîëåâîãî òðàíçèñòî-
ìèí. ðà çàçåìëåí. Ñëåäîâàòåëüíî, êîãäà íàïðÿæå-
íèå çàòâîð-èñòîê ìåíÿåòñÿ îò –1 äî 0 Â,
1.2 –0.8 –0.6 –0.4 –0.2 1 íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå RBIAS ìåíÿåòñÿ îò
5.5 VÇÈ (Â) 6 äî 5 Â. Òàêèì îáðàçîì, òîê ÷åðåç RBIAS è òðàí-
0 0 çèñòîð ìåíÿåòñÿ îò 1.2 ìÀ äî 1 ìÀ.
5
–1 Íàãðóçî÷íàÿ ëèíèÿ, íàðèñîâàííàÿ íà âçÿ-
6 òîé èç òåõíè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ñòîê-çàòâîðíîé
õàðàêòåðèñòèêè òðàíçèñòîðà BF862 (Ðèñó-
VR2 íîê 3), ïîêàçûâàåò, ÷òî îáðàòíîå ñìåùåíèå
ôîòîäèîäà, ñîçäàþùåå åãî òåìíîâîé òîê,
Ðèñóíîê 3. Íàãðóçî÷íàÿ ëèíèÿ äëÿ ñîïðîòèâ- ñîñòàâëÿåò îò 0.35 äî 0.9 Â. Ýòîò ïîñòîÿííûé
ëåíèÿ 4.99 êÎì, íàðèñîâàííàÿ íà âçÿòîé èç òîê ïðîÿâèòñÿ íà âûõîäå êàê îøèáêà. Õóæå
òåõíè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ñòîê-çàòâîðíîé òîãî, èç-çà áîëüøîãî ðàçáðîñà ïåðåäàòî÷íûõ
õàðàêòåðèñòèêå òðàíçèñòîðà, ïîêàçûâàåò, õàðàêòåðèñòèê ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ ýòà
÷òî äëÿ ðàçíûõ òðàíçèñòîðîâ îøèáêà îøèáêà áóäåò ðàçëè÷íîé äëÿ êàæäîé ñõåìû.
ïîñòîÿííîãî ñìåùåíèÿ ìîæåò ñîñòàâëÿòü Ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå è ïîðîæäàåìàÿ èì
îò 0.35 äî 0.9 Â. îøèáêà òàêæå áóäóò ìåíÿòüñÿ ñ òåìïåðàòóðîé.

Ê ñîæàëåíèþ, ïîëåâîé òðàíçèñòîð ñîçäàåò Ðåøåíèå â ñîãëàñîâàíèè
ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå íà ôîòîäèîäå. Âû
ìîæåòå çàêëþ÷èòü ýòî, íàðèñîâàâ íàãðóçî÷- Êèðêâóä Ðàô (Kirkwood Rough) èç êîìïà-
íóþ ëèíèþ äëÿ ñîïðîòèâëåíèÿ 4990 Îì íà íèè Upstairs Amps ïðåäëîæèë èñïîëüçîâàòü
ñîãëàñîâàííóþ ïàðó ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ ñ
+5 Â
C1
0.25 pF

Ñ Ç R1
Q1 A 1M
LSK489
+5 V
È
– U1
Q1B Ñ D1 LTC6244HV Âûõîä
LSK489 S1227-1010BQ V+
3000 pF OUT
Ç V–
È
+
R2
249 –5 Â

–5 Â

Ðèñóíîê 4. Èñïîëüçîâàíèå ñäâîåííîãî ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà óëó÷øàåò äèíàìè÷åñêóþ íåéòðàëè-
çàöèþ è ñíèæàåò ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå íà ôîòîäèîäå. Åìêîñòü, âêëþ÷åííàÿ ïàðàëëåëüíî èñòî-
êîâîìó ðåçèñòîðó, óìåíüøàåò âêëàä øóìîâ ñîïðîòèâëåíèÿ.

78 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

+5 Â C1
0.25 pF

C3 ïîäîáðàòü Ñ Ç R1
ïî òðåáóåìîìó Q1A 1M
óðîâíþ –3 äÁ LSK489

C3 È

Cx C2 R3 +5 Â
1 µF 249
– U1
Q1B Ñ D1 AD8610B Âûõîä
LSK489 S1227-1010BQ V+
3000 pF OUT
Ç V–
È
+
R2
249 –5 Â

–5 Â

Ðèñóíîê 5. Ïîñòîÿííîå ñìåùåíèå íà ôîòîäèîäå ñòàíîâèòñÿ åùå ìåíüøå ïðè ñîãëàñîâàíèè
ñîïðîòèâëåíèé èñòîêîâûõ ðåçèñòîðîâ äâóõ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ.

p-n ïåðåõîäîì. Ýòî ñíèìàåò ñ ôîòîäèîäà åùå áîëüøå óëó÷øàåò øóìîâûå õàðàêòåðèñ-
áóëüøóþ ÷àñòü ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ (Ðè- òèêè. Åãî òîê ñìåùåíèÿ â ñåìü ðàç ìåíüøå,
ñóíîê 4). Íèæíèé òðàíçèñòîð çàìåíÿåò ðåçèñ- ÷òî óìåíüøèò îøèáêó âûõîäà ïî ïîñòîÿííî-
òîð èñòî÷íèêîì òîêà, ÷òî óëó÷øàåò îòêëèê ìó òîêó. È íàêîíåö, åãî îøèáêà ñìåùåíèÿ
ïîâòîðèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ è äåëàåò åãî áîëåå âäâîå ìåíüøå, ÷åì ó LTC6244.
òî÷íûì.
Òåì íå ìåíåå, íè÷òî íå äàåòñÿ äàðîì;
Ñêîòò Âóðñåð (Scott Wurcer) èç Analog ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ AD8610B â äâà ðàçà óæå,
Devices ïðåäïîëîæèë, ÷òî ñîãëàñîâàíèå à öåíà áóäåò, êàê ìèíèìóì, íà äîëëàð áîëü-
ðåçèñòîðîâ â èñòîêàõ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ øå. Ìàëî òîãî, ýòî îäèíî÷íûé óñèëèòåëü,
äàñò ãàðàíòèþ, ÷òî íàïðÿæåíèå êàòîäà ôîòî- òîãäà êàê LTC6244HV – ñäâîåííûé. Ïîëîñà
äèîäà áóäåò î÷åíü áëèçêèì ê 0  (Ðèñóíîê 5). ïðîïóñêàíèÿ äëÿ ýòîé ñõåìû âïîëíå àäåêâàò-
Èñïîëüçîâàíèå óñèëèòåëÿ ñ ìåíüøèì íàïðÿ- íà, íî ñòîèìîñòü âûçûâàåò âîïðîñû.
æåíèåì ñìåùåíèÿ òàêæå ïîçâîëèò óìåíü-
øèòü ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå íà äèîäå. Èç-çà îòêëîíåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòî-
Ìîæíî ïîäêëþ÷èòü ïàðàëëåëüíóþ åìêîñòü ê ðà ïðåäëîæåííàÿ ñõåìà ïî-ïðåæíåìó áóäåò
èñòîêîâîìó ðåçèñòîðó ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà èìåòü íåïîñòîÿííûå, õîòÿ è íåáîëüøèå,
äèíàìè÷åñêîé íåéòðàëèçàöèè, ÷òîáû ñíè- îøèáêè ïîñòîÿííîãî òîêà. ×òîáû ïðèâåñòè
çèòü øóìîâîé âêëàä ýòîãî äîïîëíèòåëüíîãî íàïðÿæåíèå íà êàòîäå ôîòîäèîäà ê óðîâíþ
ðåçèñòîðà. çåìëè ñ òî÷íîñòüþ äî íåñêîëüêèõ ìèêðîâîëüò,
ìîæíî äîáàâèòü â ñõåìó ðåãóëèðîâî÷íûå
Êðóòèçíà ñäâîåííîãî ïîëåâîãî òðàíçèñòî- ïîòåíöèîìåòðû (Ðèñóíîê 6), – åùå îäíî ïðåä-
ðà LSK489 íàìíîãî áîëüøå, ÷åì ó BF862.  ëîæåíèå Êèðêâóäà Ðàôà. Âóðñåð ïðåäïîëî-
ñî÷åòàíèè ñ íàãðóçêîé â âèäå èñòî÷íèêà òîêà, æèë [3], ÷òî îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü ñ íèç-
ïðåäñòàâëåííîé äðóãèì ïîëåâûì òðàíçèñòî- êèì ñìåùåíèåì ìîæåò ïîääåðæèâàòü íàïðÿ-
ðîì, ýòî óëó÷øàåò íåéòðàëèçàöèþ, îñîáåííî æåíèå â òî÷êå ñìåùåíèÿ íà óðîâíå äî
íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ. Íàïðÿæåíèå øóìîâ íåñêîëüêèõ ìèêðîâîëüò. Ïîë Ãðîõ (Paul
Grohe) èç Texas Instruments îòìåòèë, ÷òî
óñèëèòåëÿ AD8610B íèæå íà 2 íÂ/ÖÃö, ÷òî

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 79

+5 Â C1
0.25 pF

C3 ïîäîáðàòü Ñ Ç R1
ïî òðåáóåìîìó Q1A 1M
óðîâíþ –3 äÁ LSK489

È

Íàïðÿæåíèå R6 C3 C2 R3 +5 Â
ñìåùåíèÿ 1M Cx 1 µF 249
íà íàãðóçêå – U1
AD8610B
R5 Q1B Ñ D1 V+ Âûõîä
100k LSK489 S1227-1010BQ OUT
3000 pF V–
Ç
È R4 +
50
–5 Â

R2
221

–5 Â

Ðèñóíîê 6. Èñïîëüçóÿ ïîòåíöèîìåòðû, ìîæíî î÷åíü òî÷íî êîìïåíñèðîâàòü ñêîëü óãîäíî ìàëîå
íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ íà ôîòîäèîäå. Ýòî ïîëíîñòüþ èñêëþ÷èò ëþáûå îøèáêè òåìíîâîãî òîêà.

äàæå ëàáîðàòîðíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ 2. «High Impedance Sensors», Walt Kester, Scott
äîáàâëÿþò â íàøè ñõåìû ìíîãî øóìà [4]. Wurcer, Chuck Kitchin

×òîáû ïîëó÷èòü îïòèìàëüíîå èçìåðåíèå 3. Linear Audio – Wurcer Scott
øóìà, ýòè ñõåìû ñëåäóåò ïèòàòü îò áàòàðåé. 4. «FAO Paul Grohe RE building a Microgram scale»
Çàòåì âû ìîæåòå èñïîëüçîâàòü ïîëó÷åííûå
ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé â êà÷åñòâå áàçîâîãî Ìàòåðèàëû ïî òåìå
óðîâíÿ äëÿ îöåíêè âëèÿíèÿ øóìîâ èñòî÷íèêîâ
ïèòàíèÿ â ïðîåêòèðóåìîì âàìè óñòðîéñòâå.ÐË 1. Datasheet Analog Devices AD8610
2. Datasheet Linear Technology LTC6244
Ññûëêè 3. Datasheet Hamamatsu S1227
4. Datasheet NXP BF862
1. «Ìàëîøóìÿùèå óñèëèòåëè äëÿ ôîòîäèîäîâ 5. Datasheet Linear Systems LSK489
áîëüøîé è ìàëîé ïëîùàäè», Glen Brisebois

80 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ
ñõåìà ýôôåêòèâíîãî

èìïóëüñíîãî äðàéâåðà
ñîëåíîèäîâ è ðåëå

W. Stephen Woodward

Electronic Design

ÂÂ ýòîé ñòàòüå èñïîëüçîâàíèå îñíîâàííîé ïåðåõîäíîì ðåæèìå âòÿãèâàíèÿ ïîäàåòñÿ
÷åðåç êîíäåíñàòîð, òîãäà êàê óñòàíîâèâøèé-
íà êîìïàðàòîðàõ èìïóëüñíîé ñõåìû äðàé- ñÿ òîê óäåðæàíèÿ ïðîòåêàåò ÷åðåç ðåçèñòîð,
âåðà ñîëåíîèäà ïîâûøàåò ÊÏÄ, èçìåíÿÿ ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî âûáèðàåòñÿ ðàâíûì
ðàáîòó äðàéâåðà â ðåæèìàõ âòÿãèâàíèÿ è îò 60% äî 70% îò ñîïðîòèâëåíèÿ êàòóøêè.
óäåðæàíèÿ Ïîýòîìó òîê óäåðæàíèÿ ñíèæàëñÿ ïðèìåðíî
äî 40%, à âûäåëåíèå òåïëà êàòóøêîé óìåíü-
Íåñêîëüêî ëåò íàçàä Ïîë Ðàêî â ñîàâòî- øàëîñü áîëåå ÷åì íà 60%. Ýòî äîâîëüíî âïå-
ðñòâå ñ ïîêîéíûì Áîáîì Ïèçîì íàïèñàë ÷àòëÿþùåå ñíèæåíèå ðàññåèâàåìîé ìîù-
ïîòðÿñàþùóþ ñòàòüþ, ïîñâÿùåííóþ òåîðåòè- íîñòè êàòóøêè. Îäíàêî ïîñëåäîâàòåëüíûé
÷åñêèì è ïðàêòè÷åñêèì àñïåêòàì ñõåì óïðàâ- ðåçèñòîð òîæå ïîòðåáëÿë ìîùíîñòü – íà 70%
ëåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûìè ñîëåíîèäàìè [1]. áîëüøå, ÷åì ñîëåíîèä.
Áûëî îòìå÷åíî, ÷òî áîëüøèíñòâó ñîëåíîè-
äîâ äëÿ óäåðæàíèÿ ñåðäå÷íèêà ïîñëå âòÿãè- Ñõåìà, ïðåäñòàâëåííàÿ çäåñü íà Ðèñóí-
âàíèÿ òðåáóåòñÿ ìåíüøå ìîùíîñòè, ÷åì äëÿ êå 1, ïåðåíîñèò òîò æå ïðèíöèï ñíèæåíèÿ ìîù-
åãî ñìåùåíèÿ â ïåðâûé ìîìåíò. Ñëåäîâà- íîñòè íà ñëåäóþùèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü,
òåëüíî, áåç ñíèæåíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòå- èñêëþ÷àÿ ïîñëåäîâàòåëüíûé ãàñÿùèé ðåçèñ-
ðèñòèê ìîæíî ñáåðå÷ü ñóùåñòâåííîå êîëè- òîð, è çàìåíÿÿ åãî ýôôåêòèâíûì èìïóëüñ-
÷åñòâî ýíåðãèè è óìåíüøèòü òåïëîâûäåëå- íûì ðåæèìîì. (Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî
íèå, åñëè íà÷èíàòü ñ âûñîêîãî óïðàâëÿþùåãî êîíñòðóêöèÿ ïðèìåíèìà äëÿ óïðàâëåíèÿ
íàïðÿæåíèÿ äëÿ âòÿãèâàíèÿ, à çàòåì ïîíè- êàòóøêàìè ðåëå è êîíòàêòîðàìè).
æàòü íàïðÿæåíèå äî áîëåå íèçêîãî çíà÷åíèÿ
äëÿ óäåðæàíèÿ. Ñõåìà äðàéâåðà ïîñòðîåíà íà ÷åòûðåõ
àíàëîãîâûõ êîìïàðàòîðàõ, ñîäåðæàùèõñÿ â
Ìåòîä ñíèæåíèÿ ìîùíîñòè, ïðåäëîæåí- «ñòàðîì äðóãå» – ñ÷åòâåðåííîé ìèêðîñõåìå
íûé Áîáîì (ïåðâûé ðèñóíîê â åãî ñòàòüå), LM339 (A1–A4), êîìáèíàöèÿ êîòîðûõ óïðàâ-
áûë ýëåãàíòíî ïðîñòûì; äëÿ íåãî òðåáîâà- ëÿåò ìîùíûì ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîì (Q1) â ñîîò-
ëèñü ëèøü ðåçèñòîð è êîíäåíñàòîð, ñîåäè- âåòñòâèè ñ ñèãíàëîì ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ íà
íåííûå ïàðàëëåëüíî äðóã ñ äðóãîì è ïîñëå- âõîäå ÐÀÇÐÅØÅÍÈÅ. Ñðàáàòûâàíèå ñîëåíî-
äîâàòåëüíî ñ êàòóøêîé ñîëåíîèäà. Ýíåðãèÿ â

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 81

V+ C1
V+ = 12…24 Â 10 µF

+

V+ 10A10 Ñîëåíîèä
V+ 10 À ìàêñ.

150k

20k V3 Q1
6 IRLB8721
ÐÀÇÐÅØÅÍÈÅ
–1 V+ V+
7 +A1 V+ V+

<1 Â = ÂÛÊË. C1 560k 20k R1
>3 Â = ÂÊË. 0.1 µF 560k 27k

20k 8– V1 V2 100 pF
9 +A3 14
4 V+

–2
5 +A2

V+ 62k R2 33k 3 0.1 µF
20k 10 100k
13 –
–
11 +A4 +

12
LM339 GND

180k

100k

Ðèñóíîê 1. Ýòà îñíîâàííàÿ íà êîìïàðàòîðàõ èìïóëüñíàÿ ñõåìà äðàéâåðà ñîëåíîè-
äîâ ýôôåêòèâíî óïðàâëÿåò ôîðìîé íàïðÿæåíèÿ.

èäà íà÷èíàåòñÿ, êîãäà ñèãíàë ÐÀÇÐÅØÅÍÈÅ Íàïðÿæåíèå V1, êîòîðûì óïðàâëÿåò êîì-
àêòèâèðóåò A1, âêëþ÷àÿ Q1 è A2, è çàïóñêàåò ïàðàòîð A3, íàðàñòàåò ñî ñêîðîñòüþ, îïðåäå-
öèêë óïðàâëåíèÿ (Ðèñóíîê 2). ëÿåìîé åìêîñòüþ êîíäåíñàòîðà C1 (âðåìÿ
âòÿãèâàíèÿ
V3
V2 TPULL _IN = 5 ×105 × C1 = 50 ìñ

V1 ÂÒßÃÈÂÀÍÈÅ ÓÄÅÐÆÀÍÈÅ ïðè C1 = 0.1 ìêÔ) è ñâÿçàííîé ñ íèì ðåçèñòîð-
íîé öåïî÷êîé, â ðåçóëüòàòå ÷åãî íà çàòâîðå
ÐÀÇÐÅØÅÍÈÅ Q1 ôîðìèðóåòñÿ íà÷àëüíûé èìïóëüñ âòÿãè-
âàíèÿ V3 ñ ïîëíîé àìïëèòóäîé V+. Ýòî ïðî-
Ðèñóíîê 2. Âðåìåííàÿ äèàãðàììà ýíåðãîñáå- äîëæàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå V1 íå
ðåãàþùåãî óïðàâëåíèÿ âòÿãèâàíèåì ñåðäå÷- ñðàâíÿåòñÿ ñ íàïðÿæåíèåì V2 – ïîðîãîâûì
íèêà ñîëåíîèäà è ïîñëåäóþùèì óäåðæàíèåì. óðîâíåì ìîäóëÿòîðà äðàéâåðà A2 (óñòàíàâ-
ëèâàåìûì ðåçèñòîðàìè R1 è R2), è ñõåìà
ïåðåéäåò â ðåæèì óäåðæàíèÿ ñ ïîíèæåííûì
ïîòðåáëåíèåì ìîùíîñòè. Ìîäóëÿöèÿ íàïðÿ-
æåíèÿ V3 è, ñîîòâåòñòâåííî, ïðîâîäèìîñòè
Q1, îñóùåñòâëÿåòñÿ ãåíåðàòîðîì A4, êîòî-
ðûé çàïóñêàåòñÿ, êîãäà V1 äîñòèãàåò ïîðîãà
êîìïàðàòîðà A4, è ôîðìèðóåò òðåóãîëüíûé

82 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

âñïëåñê â óçëå V1. Ýòî öèêëè÷åñêè ïåðåêëþ- ñïåêòðîì ñîëåíîèäîâ. Ïîòðåáëåíèå ìîùíîñ-
÷àåò êîìïàðàòîð A2, òåì ñàìûì, óñòàíàâëè- òè â ðåæèìå óäåðæàíèÿ ñíèæàåòñÿ íà 60%, à
âàÿ êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ äëÿ ïðîâîäè- îáùèé ÊÏÄ ëåãêî ïðåâûøàåò 90%. Äëÿ ñáðî-
ìîñòè Q1 ðàâíûì ïðèìåðíî 70%. Â äàëüíåé- ñà âðåìÿçàäàþùåãî êîíäåíñàòîðà C1 òðåáó-
øåì âîñïðîèçâîäèòñÿ ñöåíàðèé ýêîíîìèè åòñÿ ìåíüøå ìèëëèñåêóíäû. ÐË
ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè ñîëåíîèäà â ðåæè-
ìå óäåðæàíèÿ, îïèñàííûé â ñòàòüå Ïèçà/ Ññûëêè
Ðàêî, íî áåç íåýôôåêòèâíîãî ãàñÿùåãî
ðåçèñòîðà. 1. “What’s All This Solenoid Driver Stuff, Anyhow?”,
Electronic Design, August 5, 2013.
Óíèâåðñàëüíîñòü ïîëó÷èâøåãîñÿ äðàéâå-
ðà îïðåäåëÿåòñÿ åãî ñïîñîáíîñòüþ ðàáîòàòü Ìàòåðèàëû ïî òåìå
îò ëþáîãî èñòî÷íèêà îò 12 äî 24  è ïîäñòðàè-
âàòüñÿ ê òîêó ñîëåíîèäà äî 10 À (òî åñòü, äî 1. Datasheet ON Semiconductor LM339
240 Âò), ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ýòó åäè- 2. Datasheet Infineon IRLB8721
íñòâåííóþ ñõåìó äëÿ óïðàâëåíèÿ øèðîêèì 3. Datasheet Rectron 10A10

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 83

Óñèëèòåëè

ôîðìèðóþò òî÷íûå

êîìïëåìåíòàðíûå íàïðÿæåíèÿ

Marián Štofka

EDN

Íàïðÿæåíèÿ, ôîðìèðóåìûå äâóìÿ óñèëèòåëÿìè, ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ â ðàçëè÷íûõ ïðè-
ëîæåíèÿõ

ÑÑõåìà íà Ðèñóíêå 1 ôîðìèðóåò äâà àíà- ãäå

ëîãîâûõ íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå ìîæíî èçìå- VOUT – ïðÿìîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå;
íÿòü êîìïëåìåíòàðíî. Êîãäà ïðÿìîå âûõîä- VOUTC – íàïðÿæåíèå íà êîìïëåìåíòàðíîì
íîå íàïðÿæåíèå óâåëè÷èâàåòñÿ, ñâÿçàííîå ñ âûõîäå;
íèì äîïîëíèòåëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå
óìåíüøàåòñÿ, è íàîáîðîò. Ñóììà îáîèõ VREF – îïîðíîå íàïðÿæåíèå, âûðàáàòûâàå-
íàïðÿæåíèé ïîñòîÿííà: ìîå âíóòðè ìèêðîñõåìû IC1.
Ñîîòíîøåíèå ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ
VOUT + VOUTC = VREF , äåëèòåëÿ, ïîäêëþ÷åííîãî ê âûõîäó IC1, âûáè-
ðàåòñÿ òàêèì, ÷òîáû îïîðíîå íàïðÿæåíèÿ

5Â VOUT

3.9k R3 R4
1.25 Â 100k 100k
0.2%
0.2%

RS 100 nF 2– 8 6
3 IC2A –
VREF
4à 5 IC2B
IC1 + R1 RP VSET 1 7
ADR1581 100k AD8692 à VOUTC
à

–

0.2%

R2 ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: R = R1 = R2
100k
0.2%

RP = 10k … 100k.

RS = 2´(2R II RP).
ñ

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ôîðìèðóåò äâà àíàëîãîâûõ íàïðÿæåíèÿ, ñóììà êîòîðûõ âñåãäà
ðàâíà îïîðíîìó íàïðÿæåíèþ.

84 ÑÕÅÌÛ ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020

ðàâíÿëîñü ïðèìåðíî 400 ìÂ. Ïîòåíöèîìåòð to-rail âõîäàìè è âûõîäàìè (RRIO). Ðàçíîñòü
RP óñòàíàâëèâàåò æåëàåìîå àíàëîãîâîå ìåæäó âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì ìíîãèõ òèïè÷-
íàïðÿæåíèå, êîòîðîå ïîäàåòñÿ íà íåèíâåðòè- íûõ èíñòðóìåíòàëüíûõ óñèëèòåëåé RRIO è
ðóþùèé âõîä ïîâòîðèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ IC2A. íàïðÿæåíèåì íèæíåé øèíû ïèòàíèÿ íå ìîæåò
Âûõîä IC2A îáåñïå÷èâàåò ïðÿìîå âûõîäíîå áûòü ìåíüøå âåëè÷èíû ïîðÿäêà 60 ìÂ, ÷òî
íàïðÿæåíèå, êîòîðîå ïîäàåòñÿ íà èíâåðòèðó- ñåðüåçíî óõóäøèëî áû òî÷íîñòü ñõåìû. Îäíà-
þùèé âõîä èíâåðòîðà ñ åäèíè÷íûì óñèëåíè- êî äëÿ âûïóñêàåìîãî Analog Devices îïåðàöè-
åì IC2B. Íåèíâåðòèðóþùèé âõîä IC2B, äëÿ îííîãî óñèëèòåëÿ AD8692 òèïîâîå çíà÷åíèå
ñèãíàëà íà êîòîðîì êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ýòîãî íàïðÿæåíèÿ ðàâíî 0.75 ì ïðè òîêå
ðàâåí äâóì, ïîäêëþ÷åí ê ñåðåäèíå âûñîêî- íàãðóçêè 10 ìêÀ. Ãàðàíòèðîâàííîå çíà÷åíèå
òî÷íîãî ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ R1 – R2, äåëÿ- ïðè ýòîì òîêå ñîñòàâëÿåò 1 ìÂ.
ùåãî îïîðíîå íàïðÿæåíèå ïîïîëàì. Ðàññ÷è-
òàòü óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ IC2B Òàáëèöà 1. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ íàïðÿæå-
îòíîñèòåëüíî çåìëè ìîæíî ñ ïîìîùüþ ñëå- íèé íà îáîèõ âûõîäàõ
äóþùåé ôîðìóëû:

VOUTC = -VOUT + 2 æç VREF ÷ö = VREF - VOUT . VSET VOUT (ìÂ) VOUTC (ìÂ)
è2 ø VREF 411.45 0.15
0.45
0 205.8 410.45
VREF/2 205.1

Òàêèì îáðàçîì, ñóììà íàïðÿæåíèé ïðÿìî- Ñõåìà ïðîøëà òåñòèðîâàíèå ïðè çíà÷åíè-
ãî è êîìïëåìåíòàðíîãî âûõîäîâ äàåò òðåáóå- ÿõ èñïûòàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ, ðàâíûõ îïîð-
ìîå ïîñòîÿííîå çíà÷åíèå, ðàâíîå îïîðíîìó íîìó íàïðÿæåíèþ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïîëíîé
íàïðÿæåíèþ. øêàëå, ïîëîâèíå îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ è 0 Â.
 Òàáëèöå 1 ïðåäñòàâëåíû íàïðÿæåíèÿ, èçìå-
 êà÷åñòâå òî÷íûõ ðåçèñòîðîâ R1 – R4 ñëå- ðåííûå íà îáîèõ âûõîäàõ. Ëþáîå èç âûõîä-
äóåò èñïîëüçîâàòü ëèáî ìàòðèöó èç ÷åòûðåõ íûõ íàïðÿæåíèé ìîæåò ïðèáëèæàòüñÿ ê
ñîãëàñîâàííûõ ðåçèñòîðîâ, ëèáî äâå ìàòðè- íèæíåé øèíå ïèòàíèÿ ñ îøèáêîé ìåíåå
öû èç äâóõ ðåçèñòîðîâ. Ðåçèñòîðû R3 è R4 0.25% ïðè ïîëíîé øêàëå 400 ìÂ. ÐË
îáðàçóþò öåïü îáðàòíîé ñâÿçè óñèëèòåëÿ
IC2B, à äðóãàÿ ïàðà ðåçèñòîðîâ äåëèò îïîðíîå Ìàòåðèàëû ïî òåìå
íàïðÿæåíèå ïîïîëàì. Åñëè âìåñòî IC2B âîñ-
ïîëüçîâàòüñÿ èíñòðóìåíòàëüíûì óñèëèòå- 1. Datasheet Analog Devices AD8692
ëåì, ýòè ÷åòûðå ðåçèñòîðà ìîæíî áóäåò
èñêëþ÷èòü.  ýòîì ñëó÷àå íóæíî áóäåò 2. Datasheet Analog Devices ADR1581
âûáðàòü èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü ñ rail-

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2020 ÑÕÅÌÛ 85

Æóðíàë äëÿ òåõ, êòî èíòåðåñóåòñÿ ýëåêòðîíèêîé

Åñëè âàì
íåáåçðàçëè÷íû òåìû:

ìèêðîêîíòðîëëåðû
àâòîìàòèçàöèÿ
ñèëîâàÿ ýëåêòðîíèêà
ñâåòîòåõíèêà
ÑÀÏÐ
èçìåðåíèÿ

èëè âû ÿâëÿåòåñü íîñèòåëåì
ïåðåäîâûõ çíàíèé â äðóãèõ
îáëàñòÿõ ýëåêòðîíèêè è ãîòîâû èõ
ïîïóëÿðèçèðîâàòü -
ïðèãëàøàåì ê ñîòðóäíè÷åñòâó!


Click to View FlipBook Version