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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Signalschiedsrichter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anfänger Funkamateur Was haben Ihrer Meinung nach Mathematik und Elektronik gemeinsam? Leser, die mit digitaler Technologie vertraut sind, werden sich wahrscheinlich daran erinnern, dass die mathematischen Gesetze der Booleschen Algebra der Funktionsweise logischer Schaltkreise zugrunde liegen. Das ist jedoch noch nicht alles. Es stellt sich heraus, dass sowohl in der Mathematik als auch in der Elektronik häufig mit einem Konzept wie dem Vergleich gearbeitet wird. Wenn man aber Zahlenwerte miteinander vergleichen muss, dann gibt es in der Elektronik einen Vergleich elektrischer Signale. Um solche Operationen durchzuführen, wurden sogar spezielle Geräte entwickelt – Komparatoren. Es ist merkwürdig, dass Komparatoren enge „Verwandte“ von Auslösern sind, die uns bereits bekannt sind. Was ist ihre Ähnlichkeit? Erstens werden die Informationen an den Ausgängen dieser Geräte nur durch zwei logische Ebenen codiert – hoch und niedrig; Zweitens wechseln beide nur dann von einem logischen Zustand in einen anderen, wenn an den Eingängen eine bestimmte Kombination von Signalen anliegt. Wie sind Komparatoren aufgebaut und wie funktionieren sie? Lassen Sie uns eine Weile von unserer Geschichte abschweifen und uns ein Sportereignis in der Leichtathletik vorstellen, zum Beispiel im Laufen. Nachdem der Athlet die Ziellinie erreicht hat, wird sein Ergebnis mit der Rekordzeit für diese Distanz verglichen. Wenn es dem Läufer nicht gelungen ist, die Weltleistung zu übertreffen, heißt es in solchen Fällen: „Der Rekord hat Bestand.“ Wenn sich jedoch herausstellt, dass die Zeit, die der Athlet die Distanz zurückgelegt hat, kürzer als die Rekordzeit ist, wird der Läufer nun selbst zum Rekordhalter und sein Ergebnis wird nun anstelle des vorherigen in allen Sport-Nachschlagewerken als das höchste eingetragen Leistung. Eine ähnliche Situation lässt sich beispielsweise beim Betrieb eines einfachen Komparators beobachten. Dieses Gerät verfügt über zwei Eingänge und einen Ausgang. Einer der Eingänge wird meist mit einer Spannung oder einem Strom versorgt, der sich über die Zeit nicht ändert, dem sogenannten Referenzsignal. Damit wird ein Signal verglichen, dessen Pegel unbekannt ist. Angenommen, wir möchten die Batteriespannung einer Taschenlampe an eine feste Spannung anpassen, die an den Referenzeingang eines Komparators angelegt wird. Wenn die Batterie stark entladen ist und ihre Spannung unter dem Referenzwert liegt, erfolgt am Ausgang des Komparators keine Änderung. Überschreitet das Batteriepotential jedoch die Referenzspannung, schaltet der Komparator um und an seinem Ausgang erscheint ein vom Original abweichendes Signal. Stimmt es nicht, dass die Analogie zu Laufwettkämpfen ihre Berechtigung hat? Urteile selbst. Das Eingangssignal ist kleiner als das Referenzsignal (die Läuferzeit ist schlechter als die Rekordzeit) – der logische Zustand des Komparators ändert sich nicht (die höchste Leistung bleibt gleich). Das Eingangssignal übersteigt das Referenzsignal (das Ergebnis des Athleten ist besser als die Weltleistung) – der logische Zustand des Komparators ändert sich ins Gegenteil (der Rekord wird höher). Wir können also sagen, dass der Komparator sozusagen die Rolle eines Schiedsrichters spielt, der bestimmt, welcher Signalpegel groß ist. Wir haben Ihnen das Funktionsprinzip nur eines Komparatortyps vorgestellt. Tatsächlich gibt es noch viel mehr davon, die sich auf unterschiedliche Weise unterscheiden. Beispielsweise werden in der Technik häufig Komparatoren eingesetzt, die zwei sich ständig ändernde Signale vergleichen können. Ein solches Gerät wechselt von einem logischen Zustand in einen anderen, wenn die Pegel der Eingangssignale übereinstimmen. Es gibt Komparatoren, die bei Übereinstimmung der Eingangssignale einen kurzen Einzelimpuls oder eine Reihe von Impulsen mit einer bestimmten Anzahl erzeugen, die in dem Moment arbeiten, in dem die Polaritäten der Eingangssignale übereinstimmen. Komparatoren werden in vielen Bereichen der Elektronik eingesetzt. Der wichtigste Bereich ihrer „Aktivitäten“ sind jedoch Geräte, deren Funktionsweise auf der Umwandlung analoger Signale in Logik basiert. Hier ist das einfachste Beispiel – ein digitales Voltmeter. Einer seiner Hauptknoten ist ein Komparator, der den Betrieb eines Impulsgenerators steuert. Stellen wir uns vor, wir wollen die Spannung am Ausgang eines Niederspannungsnetzes ermitteln. Wie funktioniert das Messgerät in diesem Fall? Die Spannung der Stromquelle wird an einen Eingang des Komparators angelegt und ändert sich linear zum zweiten. Bis sie gleich sind, erzeugt der Generator Impulse. In dem Moment, in dem die Spannungen an den Eingängen des Komparators übereinstimmen, schaltet dieser um und die Erzeugung stoppt. Die Impulse werden von den Voltmeter-Zählern summiert und das Ergebnis der Messung erscheint auf dem Display. Der Generator des Geräts ist so konfiguriert, dass zum Zeitpunkt des Umschaltens des Komparators die Anzahl der erzeugten Impulse dem Zahlenwert der gemessenen Spannung mit einer Genauigkeit von beispielsweise Zehnteln oder Hundertstel Volt entspricht. Aus dem oben Gesagten lässt sich leicht schließen, dass Komparatoren die Eigenschaften analoger und digitaler Geräte erfolgreich kombiniert haben und ihr Hauptzweck die Signalumwandlung ist. Ein einfacher Komparator kann auf einem Operationsverstärker aufgebaut werden. Ein Diagramm eines solchen Geräts ist in Abbildung 1 dargestellt.
Über den Begrenzungswiderstand R1 wird eine Referenzspannung an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegt. Der nichtinvertierende Eingang spielt die Rolle Messung. Das Signal wird ihm über den Begrenzungswiderstand R2 zugeführt. Um den Operationsverstärker in einen Komparator zu verwandeln, wird eine Rückkopplungsschaltung, die durch den Widerstand R3 gebildet wird, in die Schaltung eingeführt. Das Funktionsprinzip eines solchen Geräts ist einfach. Im Ausgangszustand ist die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers Null. Wenn am Messeingang des Komparators eine Spannung angelegt wird, deren Wert kleiner als die Referenzspannung ist, ändert sich der Zustand des Operationsverstärkers nicht. Wenn die Spannung am Messeingang des Geräts den Referenzwert überschreitet, beginnt die Ausgangsspannung anzusteigen. Über den Rückkopplungskreis gelangt es zum Messeingang, was wiederum zu einer Erhöhung des Eingangsstroms führt. Dadurch wird die Ausgangsspannung noch weiter ansteigen. Kurz gesagt, der Prozess wird zu einer Lawine und die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers steigt schlagartig auf einen Maximalwert an. Somit wechselt der Komparator vom „Null“-Zustand in den „Einzel“-Zustand. Ist das nicht alles ganz einfach? Nachdem wir uns nun mit dem Gerät und dem Funktionsprinzip von Komparatoren vertraut gemacht haben, können wir mit ihrer praktischen Anwendung fortfahren. Dazu empfehlen wir Ihnen, ein einfaches elektronisches Spiel zusammenzustellen. Es basiert darauf, dass ein Gegner die Aktionen eines anderen errät. Am Wettbewerb nehmen zwei Personen teil. Stellen Sie sich also eine kleine Box vor, auf deren Frontplatte eine Leuchtanzeige, ein Druckknopfschalter, ein Kippschalter und ein elektrisches Messgerät, beispielsweise ein Voltmeter, installiert sind. Dies ist der Hauptblock. Es ist mit zwei Fernbedienungen verbunden, die mit Reglern ausgestattet sind. Nachdem die Rollen verteilt sind, beginnen die Teilnehmer mit dem Spiel. Es beginnt damit, dass der Fahrer seine Fernbedienung nimmt und den Regler in einen beliebigen Winkel (im Rahmen des freien Spiels) dreht. Der zweite Spieler sieht diese Aktionen nicht. Seine Aufgabe ist es, den Zug des Gegners so genau wie möglich zu wiederholen. Nehmen wir an, es gibt drei Versuche. Der Rater nimmt seine Fernbedienung und dreht den Knopf in den seiner Meinung nach gewünschten Winkel. Dann drückt er einen Knopf und wertet seinen Zug aus. Wenn die Kontrollleuchte aufleuchtet, bedeutet dies, dass der Knopf nicht ausreichend gedreht ist. Das Fehlen eines Lichtsignals zeigt an, dass der Regler mehr als nötig gedreht wird. Darüber hinaus entscheidet der Rater, was mit ihm geschehen soll; Jetzt tun Sie es: Drehen Sie den Knopf nach vorne (wenn die Anzeige leuchtet) oder zurück (wenn die Anzeige aus ist). Nach einem weiteren Versuch drückt er erneut den Knopf und bewertet seinen zweiten Zug anhand des Zustands der Anzeige. Dann dreht er den Knopf ein drittes Mal und schaltet nun den Kippschalter ein. In diesem Fall zeigt das Voltmeter das Endergebnis des Spiels an. Wenn der Pfeil auf Null blieb, bedeutete dies, dass der Rater absolut genau „den Zug des Gegners berechnet hat. Weicht er von seiner ursprünglichen Position ab, blieb die Absicht des Fahrers ungelöst. Je größer die Abweichung der Voltmeternadel, desto größer ist der Vorteil, den der Fahrer gewinnt.“ .Gerät In unserem Fall handelt es sich natürlich nicht um Volt, sondern um einige herkömmliche Einheiten. In regelmäßigen Rollenwechseln können die Spieler miteinander konkurrieren und dann vergleichen, wer ein intuitives Gespür entwickelt hat. besser. Wenn es viele Menschen gibt, die am Wettbewerb teilnehmen möchten, kann dieser im Round-Robin-System durchgeführt werden, eine Ergebnistabelle erstellt und daraus der Gewinner ermittelt werden. Kurz gesagt, es gibt viele Möglichkeiten, diesen Spielautomaten zu nutzen. Die Hauptsache ist, ein wenig Fantasie und Fiktion zu zeigen. Beachten Sie, dass das Gerät eine Besonderheit aufweist: Es zeigt das Endergebnis an, dessen Wert in einer strengen mathematischen Sprache modulo berechnet wird, dh ohne Berücksichtigung des Vorzeichens der Differenz. Um es zu definieren; Zusätzliche Taste muss gedrückt werden. Wenn die Anzeige nicht leuchtet, bedeutet dies, dass der zweite Spieler ausgestiegen ist. Wenn die Anzeige leuchtet, bedeutet dies, dass der Rater das Ergebnis des Gegners „nicht erreicht“ hat. Nachdem Sie die Spielregeln verstanden haben, können Sie sich mit dem Inhalt des Spielautomaten vertraut machen. Das schematische Diagramm ist in Abbildung 2 dargestellt.
Das „Herz“ eines solchen Gerätes ist erwartungsgemäß ein Komparator. Der Aufbau erfolgt nach dem uns bereits bekannten Schema auf dem Operationsverstärker DA1. Die Widerstände R4, R5 und R10 begrenzen die Eingangs- und Ausgangsströme der Mikroschaltung und schützen sie so vor Überlastung, und R8 bildet einen Rückkopplungskreis. Als Anzeige dient die HL1-LED, die über die SB1-Taste eingeschaltet wird. Die Rolle des Messgeräts übernimmt ein DC-Voltmeter PV1, das in der Diagonale der Gleichrichterbrücke VD1-VD4 installiert ist. Seine Arme sind wiederum zwischen den Eingängen des Komparators verbunden. Der Messkreis des Voltmeters wird durch den Kippschalter SA1 geschaltet. Die Widerstände R1, R3, R7 und R2, R6, R9 bilden zwei gesteuerte Spannungsteiler. In diesem Fall übernehmen die variablen Widerstände R3 und R6 die Funktionen von in den Konsolen installierten Reglern. Wie funktioniert ein Spielautomat? Nehmen wir an, der Fahrer nahm die erste Fernbedienung und stellte den variablen Widerstand R3 auf die mittlere Position. In diesem Fall geht die Spannung vom oberen Teiler gemäß der Schaltung zum Referenzeingang des Komparators (invertierender Eingang des Operationsverstärkers) und gleichzeitig zu den Dioden VD3, VD4 der Gleichrichterbrücke. Jetzt kommt der Rater ins Spiel. Er nimmt seine Fernbedienung und dreht den variablen Widerstand R6. Dadurch wird die Spannung vom unteren Teiler gemäß der Schaltung dem Messeingang des Komparators (nicht invertierender Eingang des Operationsverstärkers) und gleichzeitig den Dioden VD1, VD2 zugeführt. Wenn der Spannungspegel an Pin 10 von DA1 niedriger ist als an Pin 9, befindet sich der Operationsverstärker im „Null“-Zustand. Durch Drücken der SB1-Taste wird der Spieler durch das Leuchten der HL1-Anzeige davon überzeugt. Übersteigt die Spannung am Messeingang des Komparators die Spannung am Referenzeingang, wechselt der Operationsverstärker in den entgegengesetzten Zustand und an seinem Ausgang erscheint eine logische Einheit: Die LED leuchtet nicht. Es ist zu beachten, dass das Umschalten des Operationsverstärkers erfolgt, wenn die gemessene Spannung die Referenzspannung um etwa 0,3 V überschreitet. Bei exakter Übereinstimmung der Eingangsspannungen (und damit der Stellungen der Regler R3 und R6) H1.1 brennt weiter. Vergessen Sie es nicht, wenn Sie am Spiel teilnehmen. Nachdem alle Versuche des zweiten Spielers erschöpft sind, schaltet er den BA1-Kippschalter ein. Wenn die Spannungspegel an beiden Drähten des Komparators völlig gleich sind, bleibt die Voltmeternadel, wie bereits erwähnt, auf der Nullmarke der Skala. Wenn die Spannung an einem der Eingänge die Spannung am anderen Eingang überschreitet, weicht die Nadel von Null ab und zeigt die Differenz der Eingangsspannungen an. Da das Gerät in der Diagonale der Gleichrichterbrücke liegt, spielt es keine Rolle, welcher der Eingänge des Operationsverstärkers einen höheren Spannungspegel hat. Die Spannungspolarität am Voltmeter ist immer gleich. Natürlich weicht auch der Pfeil des Gerätes nur in eine Richtung ab. Um festzustellen, auf wessen Fernbedienung der Knopf am Ende des Spiels weiter gedreht wird, können Sie, wie wir bereits vorgeschlagen haben, die BV1-Taste drücken und anhand des Zustands der HL1-Anzeige die endgültige Schlussfolgerung ziehen. Der Spielautomat wird von einer netzwerkstabilisierten Quelle mit einem sogenannten künstlichen Mittelpunkt betrieben (Abb. 3).
Wenn im Design der Chip K140UD1B verwendet wird, sollte die Ausgangsspannung der Stromquelle 12 V betragen. Bei Verwendung des ICs K140UD14 muss die Spannung auf 9 V reduziert werden. Für den letzteren Fall ist die Marke der Zenerdiode angegeben in Klammern im Diagramm. Die Herstellung eines Spielautomaten beginnt mit einer in Abbildung 4 gezeigten Leiterplatte. Sie wird am besten aus einer folienbeschichteten Getinax- oder Glasfaserplatte mit einer Dicke von 1 bis 2 mm und einer Größe von 35 x 30 mm hergestellt.
Von einem Ende her zwei Befestigungslöcher Ø 3 mm bohren. Die Elemente der Stromversorgung werden auf einer Leiterplatte mit den Maßen 75x30 mm aus dem gleichen Folienmaterial platziert (Abb. 5). Der Transistor benötigt keinen Kühlkörper.
Zu den Details. Operationsverstärker – K140UD1B oder K140UD1 A. Transistor – einer der KT601-Serien – KT603, KT801, KTV05, KT815, KT817, KT819. Für eine 12-V-Stromversorgung eignet sich eine Zenerdiode D811, D813, D814G, D814D oder KS211. Wenn die Versorgungsspannung auf 9 V reduziert werden muss, können Sie die Zenerdiode D809, D810, D818A-D818G, D814B oder D814V verwenden. Dioden – Uy4 – alle der Serien D2, D7, D9, D1V, D20, D206, D220, D223, D226, D237. Gleichrichtereinheit - KTs405 mit beliebigem Buchstabenindex oder vier in Brückenschaltung geschalteten Mittelleistungsdioden. LED-Marke AL 102 oder AL307. Gleichstromvoltmeter - mit einer Messgrenze von 5-6 V. Wenn dies nicht gefunden wurde, kann als Messgerät ein Milliamperemeter mit einem in Reihe geschalteten Begrenzungswiderstand des erforderlichen Widerstandswerts verwendet werden. Kondensator C1 – K50-6 oder K50-16, C2 und C3 – K50-24. Feste und variable Widerstände – jede Marke. Der Netzwerktransformator ist stromsparend und hat eine Sekundärwicklungsspannung von 12–18 V. Die H1-2-Lampe ist von der Marke MN-2 oder MN-3. Kippschalter und Druckschalter – jeder Typ. Die Sicherung muss für einen Strom von maximal 0,5 A ausgelegt sein. ХР1 – ein Standard-Netzstecker. Das Aussehen des Spielautomaten ist in Abbildung 6 dargestellt. Das Gehäuse dafür kann aus Kunststoff, Sperrholz oder Aluminium bestehen. Geeignet ist auch eine fertige Box, zum Beispiel eine Plastikbox unter den Fäden. Befestigen Sie an der Frontplatte des Geräts das Messgerät, Kippschalter, Druckschalter, LED und Neonlampe. Installieren Sie einen Sicherungshalter an einer der Seitenwände. Bringen Sie entsprechende Markierungen in der Nähe der Bedienelemente an. Befestigen Sie die Platinen und den Leistungstransformator am Gehäuseboden. Löten Sie den Widerstand R11 direkt an einen der Neonpins. Stellen Sie alle notwendigen Verbindungen mit dünnen, isolierten Litzen her.
Bohren Sie drei Löcher in die Rückwand des Gehäuses: eines für das Netzwerkkabel und die anderen beiden für die Kabel, die das Gerät mit Fernbedienungen verbinden. Als Etui dafür eignen sich gewöhnliche Seifenschalen. Stellwiderstände mit dekorativen Griffen versehen. Für mehr Komfort können um jeden Regler herum mehrere Beschriftungen angebracht werden – so können Sie bei der Berechnung Ihrer Aktionen leichter durch diese navigieren. Der Spielautomat muss nicht angepasst werden. Wenn Sie bei der Installation keine Fehler gemacht und wartungsfähige Teile verwendet haben, können Sie sich auf die Leistung verlassen. Autor: W. Janzew
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