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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Bloque de aislamiento galvánico de interfaz RS-232. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Компьютеры A veces existe una diferencia de potencial bastante grande entre los casos de dispositivos conectados a través de la interfaz RS-232, por ejemplo, una computadora y un dispositivo periférico. Esto sucede no solo cuando se trabaja con instalaciones de alto voltaje, sino también cuando los dispositivos convencionales están conectados a tierra de manera incorrecta o poco confiable. La corriente de ecualización que fluye en tales casos a lo largo de las líneas de comunicación distorsiona las señales transmitidas y, a menudo, desactiva los microcircuitos de interfaz, incluidos los ubicados en la placa base de la computadora. Reemplazar este último no es barato. La unidad de aislamiento óptico propuesta, que transmite todas las señales necesarias sin contacto eléctrico de los dispositivos conectados, ayudará a evitar problemas. En el bloque descrito, el aislamiento eléctrico de los circuitos de recepción y transmisión de la señal de la interfaz RS-232 se logra utilizando optoacopladores de diodo de alta velocidad y amplificadores acondicionadores de señal en el amplificador operacional. Las partes mutuamente aisladas del bloque se alimentan de fuentes de red separadas. No se considera conveniente utilizar optoacopladores de transistor alimentados directamente desde las líneas de interfaz. En primer lugar, la velocidad insuficiente de la mayoría de estos optoacopladores no permite alcanzar una velocidad de transmisión de más de 9600 baudios. En segundo lugar, aumenta la probabilidad de falla de los microcircuitos de interfaz como resultado de la carga adicional que se les impone. El diagrama del nodo de aislamiento óptico para una línea de interfaz se muestra en la fig. 1. La señal de entrada de niveles estándar para RS-232 a través del circuito de protección R1VD1VD2 se alimenta al amplificador operacional DA1, conectado de acuerdo con el circuito repetidor.
El diodo emisor del optoacoplador U1 está conectado a la salida DA1 por el cátodo y está protegido contra voltaje inverso por el diodo VD3. La resistencia R2 limita la corriente a través de los diodos. Si el voltaje en la entrada del nodo es negativo (lo que corresponde a la transmisión de log. 1), la corriente fluye a través del diodo emisor y el fotodiodo del optoacoplador U1 está en estado conductor bajo la acción de la radiación IR. Como resultado, el voltaje en la entrada inversora del amplificador operacional DA2 es mayor que en el no inversor, y en la salida del nodo es negativo, al igual que en la entrada. Con un voltaje de entrada positivo (log. 0), el diodo emisor del optoacoplador U1 se apaga, el fotodiodo se cierra. Por lo tanto, el voltaje a la salida del nodo también es positivo. Debido a la retroalimentación a través de la resistencia R7, los umbrales de conmutación del nodo de desacoplamiento de 1 a 0 y de 0 a 1 no son los mismos, lo que mejora la inmunidad al ruido. Los niveles de tensión de salida cuando se utiliza el amplificador operacional indicado en el diagrama y la tensión de alimentación de ±12 V son ±10,5 V, lo que cumple totalmente con los requisitos del estándar RS-232. Resistencia R8: limitación para el LED instalado fuera del nodo en cuestión, que indica el nivel lógico transmitido. Los voltajes de alimentación a las partes de entrada y salida de la unidad de desacoplamiento (respectivamente +12 VI, -12 VI y +12 VII, -12 V II) deben ser suministrados por pares de fuentes aisladas. Sus cadenas comunes Comunes. Yo y Común. II también están aislados unos de otros. La placa de circuito impreso del nodo de desacoplamiento y la ubicación de los elementos en él se muestran en la fig. 2.
OA KR544UD2A puede ser reemplazado por KR140UD11, KR140UD18 y otros, pero es necesario asegurarse de que la distorsión temporal de las señales transmitidas no exceda la velocidad de transferencia de datos deseada. El reemplazo del optoacoplador AOD130A debe seleccionarse de acuerdo con la duración mínima de subida y bajada del pulso de salida y el voltaje de aislamiento requerido para resolver el problema. En una de las opciones para el nodo de desacoplamiento, se utilizó un optoacoplador de diodo, ubicado dentro del microcircuito K293LP1. Sus salidas le permiten conectar circuitos externos al optoacoplador, como se muestra en la fig. 3. Quedan libres las conclusiones 7 y 8. Para evitar una ruptura entre los pines 2 y 4, no se debe hacer un orificio y una almohadilla de contacto para el pin 3 del chip K293LP1 en la placa de circuito impreso. La salida en sí se elimina antes de la instalación.
Para comunicar dispositivos a través de la interfaz RS-232, a menudo solo dos circuitos son suficientes: RXD (datos de un dispositivo periférico a una computadora) y TXD (datos en la dirección opuesta). El diagrama de bloques de desacoplamiento para tal caso se muestra en la Fig. 4. El bloque consta de dos nodos de intercambio A1 y A2 descritos anteriormente, exactamente iguales, pero incluidos en los circuitos anteriores en direcciones opuestas. El zócalo XS1 se conecta directamente o mediante un cable "módem" (sin cruce) al enchufe del puerto COM de la computadora, y un dispositivo periférico se conecta al enchufe XP1 exactamente de la misma manera que si estuviera conectado a una computadora sin aislamiento.
Tenga en cuenta que las carcasas de los conectores del cable de interfaz a menudo se conectan a través de la trenza de protección de este último a las carcasas de la computadora y el dispositivo periférico. Por este motivo, las carcasas de los conectores XS1 y XP1 deben aislarse cuidadosamente entre sí y de la carcasa de la unidad de desacoplamiento (si es de metal). Tenga en cuenta que tocar dos conectores al mismo tiempo puede provocar una descarga eléctrica. Se necesitan puentes entre los contactos del zócalo XS1 para "engañar" a la computadora, simulando las señales periféricas que llegan en respuesta a sus solicitudes. Si todavía es necesario un intercambio real de señales de control, se eliminan los puentes y se agrega un nodo de desacoplamiento más al bloque para cada una de las líneas de interfaz. En las líneas DCD, RI, CTS, DSR (entrada a la computadora), estos nodos incluyen A1 de la misma manera. En las líneas RTS y DTR (fines de semana) - similar al A2. Dado que las líneas DCD y RI se utilizan relativamente raramente en la práctica, normalmente es suficiente tener seis uniones. Se obtienen cuatro voltajes de suministro para los nodos de desacoplamiento de los devanados aislados II y III del transformador T1 usando rectificadores en puentes de diodos VD1 y VD2. Sus valores no están estabilizados y pueden estar en el rango de 11,5 ... 13,5 V (en valor absoluto). Se debe prestar especial atención al transformador de potencia T1. El aislamiento entre sus devanados debe soportar una tensión no inferior a aquella para la que están diseñados los optoacopladores instalados en los nodos de desacoplamiento: 1500 V o más. Los devanados II y III deben estar protegidos entre sí y del devanado I, de lo contrario, el ruido de impulso puede ingresar a la línea de comunicación a través de una capacitancia parásita. El voltaje requerido puede soportar el aislamiento de solo aquellos transformadores de tamaño pequeño, cuyos devanados se colocan en diferentes núcleos del circuito magnético o en secciones separadas del marco en un núcleo. Sin embargo, es poco probable que se compre un transformador listo para usar de este diseño con los devanados necesarios, e incluso con una pantalla entre ellos. Queda por elegir una potencia general adecuada y rebobinar sus devanados secundarios. Se debe dar preferencia a un transformador con una ventana relativamente libre del circuito magnético. Esto le permitirá colocar bobinados con aislamiento reforzado y una pantalla sin problemas. El cálculo de nuevos devanados secundarios no es difícil, con un voltaje primario de 220 V y una corriente de carga de al menos 30 mA, cada devanado secundario debe proporcionar 20 V (con una derivación desde el medio). Al medir el voltaje secundario antes de reparar el transformador y contar el número de vueltas del devanado retirado durante el desmontaje, es fácil determinar el número de vueltas necesario del nuevo. Cambiará en proporción al voltaje. El alambre de bobinado se toma con un diámetro de 0,1 ... 0,15 mm. Resistirá la carga requerida con un margen, y un devanado más delgado es muy inconveniente. Un transformador hecho en fábrica casi siempre está lleno de barniz, pero con un poco de habilidad aún se puede desmontar sin dañar las placas del circuito magnético y del devanado. Yo lo hago de esta manera. Usando un cuchillo con una hoja delgada, separo la placa superior de el conjunto, procurando no dañar los bobinados. Para que la hoja encaje dentro del núcleo central del circuito magnético, debe ser lo suficientemente estrecha. Cuanta más parte de la placa se pueda separar, mayor será la probabilidad de un desmontaje exitoso. Luego, no mucho, pero con firmeza, aprieto el circuito magnético en un tornillo de banco (a través de espaciadores de cartón) y, utilizando una placa auxiliar adecuada de acero templado, golpeo la placa que quedó sin sujetar y separada del conjunto del marco. El desmontaje adicional generalmente no es difícil. Una vez terminado, elimino el devanado secundario existente de la sección correspondiente del marco y enrollo los nuevos, sin olvidar colocar una pantalla entre ellos: una bobina abierta de lámina de cobre o una capa de alambre de devanado vuelta a vuelta. Como aislamiento entre los devanados o el devanado y la pantalla, coloco varias capas de papel de condensador engrasado. Se puede "obtener" desmontando un condensador de papel de gran capacidad, por ejemplo, utilizado en balastos para lámparas fluorescentes. Habiendo terminado de rebobinar, devuelvo las placas del circuito magnético a su lugar. No se moleste si algunos platos quedan "superfluos". Esto no afectará la calidad del transformador. Si no se pueden colocar dos devanados secundarios en el marco, se pueden fabricar dos transformadores idénticos, cada uno con un devanado secundario bien aislado. Sus devanados primarios están conectados a la red en paralelo. Habiendo ensamblado la unidad, primero debe verificar el aislamiento entre los circuitos de los conectores XS1 y XP1. Un ohmímetro conectado entre cualquier pin o caja del primero y cualquier pin o caja del segundo conector debe mostrar una resistencia infinita. En casos críticos, el aislamiento se verifica con un megóhmetro que desarrolla el voltaje de prueba apropiado. Una de sus salidas está conectada a los contactos conectados de forma segura entre sí y al cuerpo del zócalo XS1, la segunda, de la misma manera al enchufe XP1. Es necesario verificar el aislamiento de los circuitos de interfaz de la red, así como del circuito magnético y la pantalla del transformador T1. La primera inclusión del bloque ensamblado se lleva a cabo sin conectarlo a una computadora y un dispositivo periférico. La tensión se mide en los pines 1, 2, 6, 8, 9 del zócalo XS1 y en los pines 3, 4, 7 del enchufe XP1 con respecto al pin 5 del conector correspondiente. Debe exceder los +10 V, y cuando se aplica al contacto con el mismo número del conector opuesto, el voltaje por debajo de -5 V (relativo al pin 5 de este conector) cambiará a negativo -10 V o menos. Al mismo tiempo, el LED correspondiente debe encenderse. Naturalmente, solo aquellos circuitos que están equipados con nodos de desacoplamiento en la estructura ensamblada están sujetos a verificación. Por ejemplo, en el bloque según el esquema que se muestra en la Fig. 4, solo verifique el voltaje entre los pines 2 y 5 del conector XS1 y entre los pines 3 y 5 del conector XP1 Después de asegurarse de que la unidad esté funcionando, conéctela entre la computadora y el dispositivo periférico y, encendiendo la alimentación (la primera, la computadora), utilizando un programa de prueba o de trabajo, asegúrese de que los datos se transfieran correctamente. El bloque descrito en la versión de seis canales ha estado funcionando con éxito durante más de un año y medio, proporcionando comunicación entre una computadora y un osciloscopio TDS-340, que se encuentra bajo un potencial de 2000 V. El bloque también fue probado al conectar una computadora a un controlador industrial basado en un microprocesador 18031 instalado en otra habitación. La velocidad máxima de transferencia de información es de 19200 baudios. No había necesidad de trabajar a mayor velocidad, aunque teóricamente existe tal posibilidad. Autor: N. Maramygin, Moscú
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