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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Arbitre de signal. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radioamateur débutant Selon vous, qu’est-ce qu’il y a de commun entre les mathématiques et l’électronique ? Les lecteurs familiers avec la technologie numérique se souviendront probablement que les lois mathématiques de l’algèbre booléenne sont à la base du fonctionnement des circuits logiques. Cependant, ce n'est pas tout. Il s’avère qu’en mathématiques comme en électronique, on opère souvent avec un concept tel que la comparaison. Mais si vous devez comparer des valeurs numériques entre elles, alors en électronique, il existe une comparaison des signaux électriques. Pour effectuer de telles opérations, même des dispositifs spéciaux ont été créés - des comparateurs. Il est curieux que les comparateurs soient de proches « parents » de déclencheurs qui nous sont déjà familiers. Quelle est leur similitude ? Premièrement, les informations aux sorties de ces appareils sont codées par seulement deux niveaux logiques : haut et bas ; d'autre part, tous deux passent d'un état logique à un autre uniquement en présence d'une certaine combinaison de signaux aux entrées. Comment sont agencés les comparateurs et quel est le principe de fonctionnement ? Écartons-nous un instant de notre histoire et imaginons un événement sportif en athlétisme, par exemple en course à pied. Une fois que l'athlète a franchi la ligne d'arrivée, son résultat est comparé au temps record sur cette distance. Si le coureur n'a pas réussi à dépasser le record mondial, on dit alors que "le record est resté". Mais si le temps pendant lequel l'athlète a parcouru la distance s'est avéré inférieur au record, alors le coureur devient désormais lui-même le détenteur du record, et son résultat est désormais inscrit au lieu du précédent dans tous les ouvrages de référence sportifs comme le plus élevé. réalisation. Une situation similaire peut être observée, par exemple, dans le fonctionnement d’un simple comparateur. Cet appareil possède deux entrées et une sortie. L'une des entrées est le plus souvent alimentée par une tension ou un courant qui ne change pas dans le temps, appelé signal de référence. On y compare un signal dont le niveau est inconnu. Supposons que nous souhaitions faire correspondre la tension de la batterie d'une lampe de poche à une tension fixe appliquée à l'entrée de référence d'un comparateur. Si la batterie est fortement déchargée et que sa tension est inférieure à la référence, alors aucun changement ne se produira à la sortie du comparateur. Mais si le potentiel de la batterie dépasse la tension de référence, le comparateur basculera et un signal différent de l'original apparaîtra à sa sortie. N'est-il pas vrai que l'analogie avec l'organisation de compétitions se justifie. Jugez par vous-même. Le signal d'entrée est inférieur au signal de référence (le temps du coureur est pire que celui de l'enregistrement) - l'état logique du comparateur ne change pas (la réalisation la plus élevée reste la même). Le signal d'entrée dépasse le signal de référence (le résultat de l'athlète est meilleur que la réussite mondiale) - l'état logique du comparateur change à l'opposé (le record devient plus élevé). Ainsi, on peut dire que le comparateur, pour ainsi dire, joue le rôle d'un arbitre, déterminant quel niveau des signaux s'est avéré important. Nous vous avons présenté le principe de fonctionnement d'un seul type de comparateur. En fait, il y en a beaucoup plus, qui diffèrent de différentes manières. Par exemple, les comparateurs sont souvent utilisés en ingénierie pour comparer deux signaux en constante évolution. Un tel dispositif passe d'un état logique à un autre lorsque les niveaux des signaux d'entrée correspondent. Il existe des comparateurs qui, lorsque les signaux d'entrée coïncident, génèrent une courte impulsion unique ou une série d'un certain nombre d'impulsions qui fonctionnent au moment où les polarités des signaux d'entrée coïncident. Les comparateurs sont utilisés dans de nombreux domaines de l'électronique. Cependant, le domaine le plus important de leurs "activités" - les appareils dont le fonctionnement est basé sur la conversion de signaux analogiques en logique. Voici l'exemple le plus simple : un voltmètre numérique. L'un de ses nœuds principaux est un comparateur qui contrôle le fonctionnement d'un générateur d'impulsions. Imaginons que nous souhaitions déterminer la tension à la sortie d’une alimentation secteur basse tension. Comment fonctionne l’appareil de mesure dans ce cas ? Une tension d'alimentation est appliquée à une entrée du comparateur et une tension à variation linéaire est appliquée à la seconde. Jusqu'à ce qu'ils soient égaux, le générateur génère des impulsions. Au moment où les tensions aux entrées du comparateur correspondent, celui-ci commutera et la génération s'arrêtera. Les impulsions seront additionnées par les compteurs du voltmètre et le résultat de la mesure apparaîtra sur son écran. Le générateur de l'appareil est configuré de telle manière qu'au moment où le comparateur est commuté, le nombre d'impulsions générées correspondra à la valeur numérique de la tension mesurée avec une précision, par exemple au dixième ou au centième de volt. De ce qui précède, il est facile de conclure que les comparateurs ont réussi à combiner les propriétés des appareils analogiques et numériques et que leur objectif principal est la conversion du signal. Un simple comparateur peut être monté sur un amplificateur opérationnel. Un schéma d'un tel dispositif est présenté à la figure 1.
Une tension de référence est appliquée à l'entrée inverseuse de l'ampli-op via la résistance de limitation R1. L'entrée non inverseuse joue le rôle mesure. Le signal lui est transmis via la résistance de limitation R2. Pour transformer l'ampli-op en comparateur, un circuit de rétroaction formé par la résistance R3 est introduit dans le circuit. Le principe de fonctionnement d’un tel appareil est simple. A l'état initial, la tension à la sortie de l'amplificateur opérationnel est nulle. Si une tension est appliquée à l'entrée de mesure du comparateur, dont la valeur est inférieure à la tension de référence, l'état de l'ampli-op ne changera pas. Lorsque la tension à l'entrée de mesure de l'appareil dépasse la référence, la tension de sortie commence à augmenter. Grâce au circuit de rétroaction, il ira à l'entrée de mesure, ce qui entraînera à son tour une augmentation du courant d'entrée. En conséquence, la tension de sortie augmentera encore plus. En bref, le processus devient une avalanche et la tension à la sortie de l'ampli-op augmentera brusquement jusqu'à un niveau maximum. Ainsi, le comparateur passera de l'état « zéro » à l'état « unique ». N'est-ce pas très simple ? Eh bien, maintenant que nous connaissons le dispositif et le principe de fonctionnement des comparateurs, nous pouvons procéder à leur application pratique. Pour ce faire, nous vous proposons d'assembler un jeu électronique simple. Il s’agit de deviner par un adversaire les actions d’un autre. Deux personnes participent au concours. Imaginez donc un petit boîtier avec un indicateur lumineux, un interrupteur à bouton-poussoir, un interrupteur à bascule et un appareil de mesure électrique, tel qu'un voltmètre, installé sur le panneau avant. C'est le bloc principal. Il est relié à deux télécommandes, équipées de régulateurs. Après avoir réparti les rôles, les participants commencent le jeu. Cela commence par le fait que le conducteur prend sa télécommande et tourne le régulateur dans un angle arbitraire (dans la limite du jeu libre). Le deuxième joueur ne voit pas ces actions. Sa tâche est de répéter le plus précisément possible le mouvement de l'adversaire. Disons qu'il y a trois essais. Le devineur prend sa télécommande et tourne le bouton vers l'angle souhaité, à son avis. Ensuite, il appuie sur un bouton et évalue son mouvement. Si le voyant s'allume, cela signifie que le bouton n'est pas suffisamment tourné. L'absence de signal lumineux indique que le régulateur est tourné plus que nécessaire. De plus, c'est celui qui devine qui décide quoi ; faites-le maintenant - tournez le bouton vers l'avant (si l'indicateur est allumé) ou vers l'arrière (si l'indicateur est éteint). Après avoir fait une nouvelle tentative, il appuie à nouveau sur le bouton et évalue son deuxième coup par l'état de l'indicateur. Puis il tourne le bouton une troisième fois et allume maintenant l'interrupteur à bascule. Dans ce cas, le voltmètre prouvera le résultat final du jeu. Si la flèche est restée à zéro, cela signifie que le devineur "a calculé avec une précision absolue le mouvement de l'adversaire. S'il s'écartait de sa position d'origine, l'intention du conducteur restait non résolue. Plus la déviation de l'aiguille du voltmètre est grande, plus le conducteur gagne un avantage. Appareil Naturellement, dans notre cas, il ne s'agira pas de volts, mais de quelques unités conventionnelles. En changeant périodiquement de rôle, les joueurs peuvent rivaliser les uns avec les autres, puis comparer ceux qui ont développé un flair intuitif. mieux. Si de nombreuses personnes souhaitent participer au concours, celui-ci peut se dérouler selon un système de tournoi à tour de rôle, un tableau des résultats peut être établi et le gagnant peut en être déterminé. En un mot, vous pouvez trouver de nombreuses options pour utiliser cette machine à sous, l'essentiel est de faire preuve d'un peu d'imagination et de fiction. A noter que l'appareil a une particularité : il affiche le résultat final dont la valeur, dans un langage mathématique strict, est prise modulo, c'est-à-dire sans tenir compte du signe de la différence. Pour le définir ; il faut appuyer sur un bouton supplémentaire. Si le voyant n'est pas allumé, cela signifie que le deuxième joueur a éclaté. Lorsque l'indicateur est allumé, cela signifie que celui qui a deviné "n'a pas atteint" le résultat de l'adversaire. Ainsi, après avoir compris les règles du jeu, vous pourrez vous familiariser avec le contenu de la machine à sous. Son diagramme schématique est présenté à la figure 2.
Comme prévu, le « cœur » d’un tel appareil est un comparateur. Il est assemblé selon le schéma qui nous est déjà familier sur l'amplificateur opérationnel DA1. Les résistances R4, R5 et R10 limitent les courants d'entrée et de sortie du microcircuit, le protégeant des surcharges, et R8 forme un circuit de rétroaction. Comme indicateur, la LED HL1 est utilisée, qui est allumée par le bouton SB1. Le rôle de l'appareil de mesure est assuré par un voltmètre DC PV1, installé dans la diagonale du pont redresseur VD1-VD4. Ses bras sont connectés, à leur tour, entre les entrées du comparateur. Le circuit de mesure du voltmètre est commuté par l'interrupteur à bascule SA1. Les résistances R1, R3, R7 et R2, R6, R9 forment deux diviseurs de tension contrôlés. Dans ce cas, les résistances variables R3 et R6 remplissent les fonctions de régulateurs installés dans les consoles. Comment fonctionne une machine à sous ? Disons que le conducteur a pris la première télécommande et a réglé la résistance variable R3 en position médiane. Dans ce cas, la tension du diviseur supérieur selon le circuit ira à l'entrée de référence du comparateur (entrée inverseuse de l'ampli-op) et simultanément aux diodes VD3, VD4 du pont redresseur. Maintenant, le devineur entre en jeu. Il prend sa télécommande et fait tourner la résistance variable R6. En conséquence, la tension du diviseur inférieur selon le circuit est fournie à l'entrée de mesure du comparateur (entrée non inverseuse de l'ampli-op) et simultanément aux diodes VD1, VD2. Si le niveau de tension sur la broche 10 de DA1 est inférieur à celui sur la broche 9, l'amplificateur opérationnel sera à l'état « zéro ». En appuyant sur le bouton SB1, le joueur en est convaincu par la lueur de l'indicateur HL1. Si la tension à l'entrée de mesure du comparateur dépasse la tension à l'entrée de référence, alors l'ampli-op passera à l'état opposé et une unité logique apparaîtra à sa sortie : la LED ne s'allumera pas. Il est à noter que la commutation de l'amplificateur opérationnel se produit lorsque la tension mesurée dépasse la tension de référence d'environ 0,3 V. Ainsi, avec la correspondance exacte des tensions d'entrée (et, par conséquent, des positions des régulateurs R3 et R6), H1.1 continue de brûler. Lorsque vous participez au jeu, ne l'oubliez pas. Une fois toutes les tentatives du deuxième joueur épuisées, il allume l'interrupteur à bascule BA1. Si les niveaux de tension sur les deux fils du comparateur sont complètement les mêmes, l'aiguille du voltmètre, comme nous l'avons déjà dit, restera au zéro de l'échelle. Si la tension à l'une des entrées dépasse la tension à l'autre entrée, l'aiguille s'écartera de zéro et affichera la différence des tensions d'entrée. Étant donné que l'appareil est inclus dans la diagonale du pont redresseur, peu importe laquelle des entrées de l'ampli-op a un niveau de tension plus élevé. La polarité de la tension sur le voltmètre sera toujours la même. Bien entendu, la flèche de l'appareil ne dévie également que dans une seule direction. Pour déterminer sur quelle télécommande le bouton est le plus tourné à la fin du jeu, comme nous l'avons déjà suggéré, vous pouvez appuyer sur le bouton BV1 et tirer la conclusion finale en fonction de l'état de l'indicateur HL1. La machine de jeu est alimentée par une source réseau stabilisée avec un point médian dit artificiel (Fig. 3).
Si la puce K140UD1B est utilisée dans la conception, la tension de sortie de la source d'alimentation doit être de 12 V. Lors de l'utilisation du circuit intégré K140UD14, la tension doit être réduite à 9 V. La marque de la diode Zener pour ce dernier cas est indiquée entre parenthèses dans le schéma. La fabrication d'une machine de jeu commence par un circuit imprimé illustré à la figure 4. Il est préférable de le fabriquer à partir d'une feuille de getinax ou de fibre de verre recouverte d'une feuille de 1 à 2 mm d'épaisseur et de 35 x 30 mm.
Percez deux trous de fixation Ø 3 mm à une extrémité. Les éléments de l'alimentation sont placés sur un circuit imprimé de dimensions 75x30 mm, constitué du même matériau en feuille (Fig. 5). Le transistor n'a pas besoin de dissipateur thermique.
À propos des détails. Amplificateur opérationnel - K140UD1B ou K140UD1 A. Transistor - n'importe quelle série KT601 - KT603, KT801, KTV05, KT815, KT817, KT819. Pour une alimentation d'une tension de 12 V, une diode Zener D811, D813, D814G, D814D ou KS211 convient. Si la tension d'alimentation doit être réduite à 9 V, vous pouvez utiliser la diode Zener D809, D810, D818A-D818G, D814B ou D814V. Diodes - Uy4 - n'importe laquelle des séries D2, D7, D9, D1V, D20, D206, D220, D223, D226, D237. Unité de redressement - KTs405 avec n'importe quelle lettre d'index ou quatre diodes de puissance moyenne connectées dans un circuit en pont. Marque LED AL 102 ou AL307. Voltmètre CC - avec une limite de mesure de 5-6 V. Si cela n'a pas été trouvé, un milliampèremètre avec une résistance de limitation connectée en série de la résistance requise peut être utilisé comme appareil de mesure. Condensateur C1 - K50-6 ou K50-16, C2 et C3 - K50-24. Résistances fixes et variables – toute marque. Le transformateur réseau est de faible puissance avec une tension d'enroulement secondaire de 12-18 V. La lampe H1-2 est de marque MN-2 ou MN-3. Interrupteurs à bascule et interrupteur à bouton-poussoir – tout type. Le fusible doit être conçu pour un courant ne dépassant pas 0,5 A. ХР1 - une fiche secteur standard. L'apparence de la machine de jeu est illustrée à la figure 6. Son boîtier peut être en plastique, en contreplaqué ou en aluminium. Une boîte prête à l'emploi, par exemple une boîte en plastique sous les fils, convient également. Sur le panneau avant de l'appareil, fixez l'appareil de mesure, les interrupteurs à bascule, le bouton-poussoir, la LED et la lampe néon. Installez un porte-fusible sur l'une des parois latérales. Appliquez les marquages appropriés à proximité des commandes. Montez les circuits imprimés et le transformateur de puissance à la base du boîtier. Soudez la résistance R11 directement sur l'une des broches néon. Effectuez toutes les connexions nécessaires avec des fils toronnés fins et isolés.
Percez trois trous sur la paroi arrière du boîtier : un pour le câble réseau et les deux autres pour les cordons reliant l'appareil aux télécommandes. Les porte-savons ordinaires conviennent comme étuis. Prévoir des résistances variables avec des poignées décoratives. Pour plus de commodité, plusieurs étiquettes peuvent être appliquées autour de chaque régulateur - il est plus facile de s'y retrouver lors du calcul de vos actions. La machine à sous ne nécessite aucun réglage. Si vous n'avez commis aucune erreur lors de l'installation et utilisé des pièces réparables, vous pouvez être sûr de ses performances. Auteur : V. Yantsev
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