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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Árbitro de señales. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante ¿Qué crees que tienen en común las matemáticas y la electrónica? Los lectores familiarizados con la tecnología digital probablemente recuerden que las leyes matemáticas del álgebra booleana son la base para el funcionamiento de los chips lógicos. Sin embargo, eso no es todo. Resulta que tanto en matemáticas como en electrónica a menudo se utiliza el concepto de comparación. Pero si es necesario comparar valores numéricos entre sí, entonces en electrónica existe una comparación de señales eléctricas. Para realizar tales operaciones, incluso se han creado dispositivos especiales: comparadores. Es curioso que los comparadores sean “parientes” cercanos de los factores desencadenantes que ya conocemos. ¿Cuáles son sus similitudes? En primer lugar, la información en las salidas de estos dispositivos está codificada en sólo dos niveles lógicos: alto y bajo; en segundo lugar, ambos cambian de un estado lógico a otro sólo si existe una determinada combinación de señales en las entradas. ¿Cómo se construyen los comparadores y cuál es su principio de funcionamiento? Hagamos una pausa en nuestra historia por un momento e imaginemos una competición de atletismo, por ejemplo, correr. Una vez que el atleta llega a la meta, su resultado se compara con el tiempo récord para esta distancia. Si un corredor no logra superar el récord mundial, en tales casos se dice que el “récord se mantiene”. Pero si el tiempo en el que el atleta recorrió la distancia resultó ser menor que el récord, entonces el propio corredor ahora se convierte en poseedor del récord y su resultado ahora se ingresa en lugar del anterior en todos los libros de referencia deportivos como el logro más alto. . Una situación similar se puede observar, por ejemplo, en el funcionamiento de un comparador sencillo. Un dispositivo de este tipo tiene dos entradas y una salida. Una de las entradas suele recibir una tensión o corriente que no cambia con el tiempo, la llamada señal de referencia. Compara una señal cuyo nivel se desconoce. Digamos que queremos hacer coincidir el voltaje de la batería de una linterna con un voltaje fijo aplicado a la entrada de referencia de un comparador. Si la batería está muy descargada y su voltaje está por debajo del voltaje de referencia, no se producirán cambios en la salida del comparador. Pero si el potencial de la batería excede el voltaje de referencia, el comparador cambiará y su salida producirá una señal diferente a la original. ¿No es cierto que la analogía con las competiciones de carreras está bastante justificada? Juzga por ti mismo. La señal de entrada es menor que la señal de referencia (el tiempo del corredor es peor que el récord); el estado lógico del comparador no cambia (el logro más alto sigue siendo el mismo). La señal de entrada excede la señal de referencia (el resultado del atleta es mejor que el logro mundial); el estado lógico del comparador cambia al contrario (el récord aumenta). Por lo tanto, podemos decir que el comparador desempeña el papel de árbitro, determinando cuál de las señales tiene el nivel más alto. Le hemos presentado el principio de funcionamiento de un solo tipo de comparador. De hecho, hay muchos más y se diferencian de diferentes maneras. En tecnología, por ejemplo, se utilizan a menudo comparadores que pueden comparar dos señales que cambian continuamente. Un dispositivo de este tipo cambia de un estado lógico a otro cuando los niveles de la señal de entrada coinciden. Existen comparadores que cuando coinciden las señales de entrada producen un pulso único corto o una serie de un número determinado de pulsos que operan en el momento en que coinciden las polaridades de las señales de entrada. Los comparadores se utilizan en muchas áreas de la electrónica. Sin embargo, el área más importante de su “actividad” son los dispositivos cuyo funcionamiento se basa en la conversión de señales analógicas en lógicas. Aquí está el ejemplo más simple: un voltímetro digital. Uno de sus componentes principales es un comparador que controla el funcionamiento de un generador de impulsos. Imaginemos que queremos determinar la tensión a la salida de una fuente de alimentación de baja tensión. ¿Cómo funciona el dispositivo de medición en este caso? El voltaje de la fuente de alimentación se suministra a una entrada del comparador y el voltaje que varía linealmente se suministra a la segunda. Hasta que sean iguales, el generador genera pulsos. En el momento en que coincidan los valores de voltaje en las entradas del comparador, este cambiará y se detendrá la generación. Los pulsos son sumados por los contadores del voltímetro y el resultado de la medición aparece en su pantalla. El generador del dispositivo está configurado de tal manera que cuando el comparador cambie, el número de pulsos generados corresponderá al valor numérico del voltaje medido con una precisión de, por ejemplo, décimas o centésimas de voltio. De lo anterior, es fácil concluir que los comparadores han combinado con éxito las propiedades de los dispositivos analógicos y digitales, y su objetivo principal es la conversión de señales. Se puede montar un comparador sencillo utilizando un amplificador operacional. El diagrama de dicho dispositivo se muestra en la Figura 1.
Se aplica un voltaje de referencia a la entrada inversora del amplificador operacional a través de la resistencia limitadora R1. La entrada no inversora juega el papel medición La señal se le suministra a través de la resistencia limitadora R2. Para convertir el amplificador operacional en un comparador, se introduce en el circuito un circuito de retroalimentación formado por la resistencia R3. El principio de funcionamiento de un dispositivo de este tipo es sencillo. En el estado inicial, el voltaje a la salida del amplificador operacional es cero. Si aplica un voltaje cuyo valor es menor que el voltaje de referencia a la entrada de medición del comparador, entonces el estado del amplificador operacional no cambiará. Cuando el voltaje en la entrada de medición del dispositivo excede la referencia, el voltaje de salida comenzará a aumentar. A través del circuito de retroalimentación se enviará a la entrada de medición, lo que, a su vez, provocará un aumento en la corriente de entrada. Como resultado, el voltaje de salida aumentará aún más. En resumen, el proceso se vuelve similar a una avalancha y el voltaje en la salida del amplificador operacional saltará al nivel máximo. Por tanto, el comparador pasará del estado "cero" al estado "uno". ¿No es todo muy sencillo? Bueno, ahora que nos hemos familiarizado con la estructura y el principio de funcionamiento de los comparadores, podemos pasar a su aplicación práctica. Para ello, le sugerimos que monte un sencillo juego electrónico. Se basa en que un oponente adivine las acciones de otro. En el concurso participan dos personas. Entonces, imagine una pequeña caja, en cuyo panel frontal hay una luz indicadora, un interruptor de botón, un interruptor de palanca y un instrumento de medición eléctrico, por ejemplo, un voltímetro. Este es el bloque principal. Se le conectan dos mandos a distancia equipados con reguladores. Distribuidos los roles, los participantes comienzan el juego. Comienza cuando el conductor toma su control remoto y gira el regulador en un ángulo arbitrario (dentro del límite de juego libre). El segundo jugador no ve estas acciones. Su tarea es repetir el movimiento de su oponente con la mayor precisión posible. Digamos que hay tres intentos para esto. El adivino toma su control remoto y gira el dial hasta el ángulo que cree necesario. Luego presiona un botón y evalúa su movimiento. Si la luz indicadora se enciende, significa que la perilla no está lo suficientemente girada. La ausencia de una señal luminosa indica que el mando está girado más de lo necesario. A continuación, el que adivina decide lo que quiere; Ahora lo que hay que hacer es girar el regulador hacia adelante (si el indicador está encendido) o hacia atrás (si el indicador no está encendido). Después de hacer un intento más, presiona el botón nuevamente y evalúa su segundo movimiento según el estado del indicador. Luego gira la perilla por tercera vez y ahora enciende el interruptor de palanca. En este caso, el voltímetro comprobará el resultado final del juego. Si la flecha permanece en la marca cero, significa que el adivino ha calculado con precisión el movimiento del oponente. Si se desvía de su posición original, la intención del conductor permanece sin resolver. Cuanto mayor sea la desviación de la aguja del voltímetro, mayor será la ventaja para el conductor. gana El resultado se lee usando el dispositivo de escala de medición Naturalmente, en nuestro caso no serán voltios, sino algunas unidades convencionales. Al cambiar periódicamente de roles, los jugadores pueden competir entre sí y luego comparar quién tiene el sentido intuitivo más desarrollado. mejor. Si hay muchas personas que quieren participar en la competición, se puede celebrar en formato de todos contra todos, se puede elaborar una tabla de resultados y a partir de ella se puede determinar el ganador. En una palabra, puedes encontrar muchas opciones para usar esta máquina tragamonedas, lo principal es mostrar un poco de imaginación e invención. Tenga en cuenta que el dispositivo tiene una peculiaridad: muestra el resultado final, cuyo valor, en lenguaje matemático estricto, se toma módulo, es decir, sin tener en cuenta el signo de la diferencia. Para definirlo; necesitas presionar un botón adicional. Si el indicador no está encendido, significa que el segundo jugador ha fracasado. Cuando el indicador se enciende, significa que el adivino "no ha alcanzado" el resultado del oponente. Entonces, habiendo entendido las reglas del juego, podrás familiarizarte con el contenido de la máquina tragamonedas. Su diagrama de circuito se muestra en la Figura 2.
Como era de esperar, el “corazón” de un dispositivo de este tipo es un comparador. Se ensambla según un circuito que ya conocemos utilizando el amplificador operacional DA1. Las resistencias R4, R5 y R10 limitan las corrientes de entrada y salida del microcircuito, protegiéndolo de sobrecargas, y R8 forma un circuito de retroalimentación. El LED HL1 se utiliza como indicador, que se enciende mediante el botón SB1. La función del dispositivo de medición la desempeña un voltímetro de tensión continua PV1, instalado en diagonal en el puente rectificador VD1-VD4. Sus hombros están conectados, a su vez, entre las entradas del comparador. El circuito de medición del voltímetro se conmuta mediante el interruptor de palanca SA1. Las resistencias R1, R3, R7 y R2, R6, R9 forman dos divisores de voltaje controlados. En este caso, las resistencias variables R3 y R6 realizan las funciones de reguladores instalados en el control remoto. ¿Cómo funciona la máquina tragamonedas? Digamos que el conductor tomó el primer control remoto y colocó el control deslizante de resistencia variable R3 en la posición media. En este caso, el voltaje del divisor superior del circuito irá a la entrada de referencia del comparador (la entrada inversora del amplificador operacional) y al mismo tiempo a los diodos VD3, VD4 del puente rectificador. Ahora entra en juego el adivino. Toma su control remoto y gira el control deslizante de resistencia variable R6. Como resultado, el voltaje del divisor inferior del circuito se suministra a la entrada de medición del comparador (entrada no inversora del amplificador operacional) y simultáneamente a los diodos VD1, VD2. Si el nivel de voltaje en el pin 10 de DA1 es menor que en el pin 9, el amplificador operacional estará en el estado "cero". Al presionar el botón SB1, el jugador queda convencido de ello por el brillo del indicador HL1. Si el voltaje en la entrada de medición del comparador excede el voltaje en la entrada de referencia, el amplificador operacional cambiará al estado opuesto y aparecerá uno lógico en su salida: el LED no se encenderá. Cabe señalar que el amplificador operacional conmuta cuando el voltaje medido excede el voltaje de referencia en aproximadamente 0,3 V. Por lo tanto, si los voltajes de entrada (y por lo tanto las posiciones de los reguladores R3 y R6) coinciden exactamente, H1.1 continúa encendiéndose. Al participar en el juego, no te olvides de esto. Después de que el segundo jugador haya agotado todos los intentos, enciende el interruptor de palanca BA1. Si los niveles de voltaje en ambos cables del comparador coinciden completamente, la aguja del voltímetro, como ya dijimos, permanecerá en cero en la escala. Si el voltaje en una de las entradas excede el voltaje en la otra entrada, la flecha se desviará de la marca cero y mostrará la diferencia en los voltajes de entrada. Dado que el dispositivo está incluido en la diagonal del puente rectificador, no importa cuál de las entradas del amplificador operacional el nivel de voltaje es mayor. La polaridad del voltaje en el voltímetro siempre será la misma. Naturalmente, la flecha del dispositivo también se desvía sólo en una dirección. Para determinar en qué control remoto se gira más la perilla al final del juego, como ya sugerimos, puede presionar el botón BV1 y sacar una conclusión final en función del estado del indicador NL1. La máquina tragamonedas se alimenta desde una fuente de red estabilizada con el llamado punto medio artificial (Fig. 3).
Si el diseño utiliza el microcircuito K140UD1B, entonces el voltaje de salida de la fuente de alimentación debe ser de 12 V. Cuando se usa el IC K140UD14, el voltaje debe reducirse a 9 V. La marca del diodo Zener para este último caso se indica en la diagrama entre paréntesis. La producción de una máquina tragamonedas comienza con la placa de circuito que se muestra en la Figura 4. Lo mejor es hacerla con una lámina de lámina getinax o fibra de vidrio de 1-2 mm de espesor y 35x30 mm de tamaño.
Taladre dos orificios de montaje de Ø 3 mm desde un borde. Los elementos de alimentación se colocan sobre una placa de circuito de 75x30 mm, del mismo material laminado (Fig. 5). El transistor no necesita disipador de calor.
Sobre los detalles. Amplificador operacional: K140UD1B o K140UD1 A. Transistor: cualquiera de la serie KT601: KT603, KT801, KTV05, KT815, KT817, KT819. Para una fuente de alimentación con un voltaje de 12 V, es adecuado un diodo Zener D811, D813, D814G, D814D o KS211. Si es necesario reducir la tensión de alimentación a 9 V, puede utilizar un diodo Zener D809, D810, D818A-D818G, D814B o D814V. Diodos -Uy4 - cualquiera de las series D2, D7, D9, D1V, D20, D206, D220, D223, D226, D237. Unidad rectificadora: KTs405 con cualquier índice de letras o cuatro diodos de potencia media conectados en un circuito puente. LED - marca AL 102 o AL307. Un voltímetro de voltaje constante, con un límite de medición de 5-6 V. Si no se encuentra esto, se puede usar como dispositivo de medición un miliamperímetro con una resistencia limitadora conectada en serie de la resistencia requerida. Condensador C1 - K50-6 o K50-16, C2 y C3 - K50-24. Resistencias fijas y variables - cualquier marca. El transformador de red es de baja potencia con un voltaje de devanado secundario de 12-18 V. La lámpara H1-2 es de la marca MN-2 o MN-3. Interruptores de palanca y pulsador, de cualquier tipo. El fusible debe estar clasificado para una corriente no superior a 0,5 A. XP1 es un enchufe de alimentación estándar. La apariencia de la máquina tragamonedas se muestra en la Figura 6. Su carcasa puede estar hecha de plástico, madera contrachapada o aluminio. También funcionará una ya preparada, por ejemplo, una caja de hilo de plástico. Conecte un dispositivo de medición, interruptores de palanca, un interruptor de botón, un LED y una lámpara de neón al panel frontal del dispositivo. Instale un portafusibles en una de las paredes laterales. Aplique marcas apropiadas cerca de los controles. Conecte las placas de circuito y el transformador de potencia a la base de la caja. Suelde la resistencia R11 directamente a uno de los pines de neón. Realice todas las conexiones necesarias con cables trenzados finos aislados.
Taladre tres agujeros en la pared posterior de la carcasa: uno para el cable de red y los otros dos para los cables que conectan el dispositivo a los controles remotos. Las jaboneras habituales son adecuadas como estuches para ellos. Proporcione resistencias variables con manijas decorativas. Para mayor comodidad, se pueden colocar varias marcas alrededor de cada regulador; es más fácil navegar por ellas al calcular sus acciones. La máquina tragamonedas no requiere ninguna configuración. Si no cometió errores durante la instalación y utilizó piezas reparables, puede estar seguro de su rendimiento. Autor: V.Yantsev
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