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無線電子工学および電気工学の百科事典 シグナルアービター。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
数学とエレクトロニクスの共通点は何だと思いますか? デジタル技術に精通している読者なら、ブール代数の数学的法則が論理回路の動作の根底にあることを覚えているでしょう。 しかし、それだけではありません。 数学でもエレクトロニクスでも、比較などの概念を扱うことが多いことがわかりました。 しかし、数値を相互に比較する必要がある場合、エレクトロニクスでは電気信号の比較が行われます。 このような操作を実行するために、特別なデバイスであるコンパレータさえも作成されました。 興味深いのは、コンパレータが、私たちにとってすでによく知られているトリガーの「親戚」であることです。 彼らの類似点は何ですか？ まず、これらのデバイスの出力の情報は、高と低の XNUMX つの論理レベルだけでエンコードされます。 第二に、両方とも、入力に信号の特定の組み合わせが存在する場合にのみ、ある論理状態から別の論理状態に切り替わります。 コンパレータはどのように配置され、動作原理は何ですか? 話から少し離れて、陸上競技、たとえばランニングのスポーツ イベントを想像してみましょう。 アスリートがゴールラインに到達すると、その結果がその距離の記録時間と比較されます。 ランナーが世界記録を超えることができなかった場合、そのような場合、彼らは「記録は維持された」と言います。 しかし、アスリートが走った距離が記録よりも短かった場合、そのランナー自身が記録保持者となり、すべてのスポーツ参考書に前回の結果ではなく彼の結果が最高記録として掲載されることになります。成果。 たとえば、単純なコンパレータの動作でも同様の状況が見られます。 このデバイスには XNUMX つの入力と XNUMX つの出力があります。 入力の XNUMX つは、時間の経過とともに変化しない電圧または電流、いわゆる基準信号を供給されることがほとんどです。 レベルが不明な信号と比較されます。 懐中電灯からのバッテリー電圧を、コンパレータのリファレンス入力に印加される固定電圧に一致させたいとします。 バッテリが著しく放電しており、その電圧が基準値を下回っている場合、コンパレータの出力には変化が起こりません。 しかし、電池の電位が基準電圧を超えるとコンパレータが切り替わり、本来とは異なる信号が出力に現れます。 ランニング競技との類似は正当化されるのは事実ではないでしょうか。 自分で判断してください。 入力信号が基準信号より小さい (ランナータイムが記録タイムより悪い) - コンパレーターの論理状態は変化しません (最高の成績は変わりません)。 入力信号が基準信号を超えます（アスリートの結果が世界成績よりも優れています） - コンパレータの論理状態が逆に変化します（記録が高くなります）。 したがって、コンパレータは、どのレベルの信号が大きいかを判断する、いわば調停者の役割を果たしていると言えます。 たったXNUMX種類のコンパレータの動作原理をご紹介しました。 実際には、さまざまな点で異なるものはさらにたくさんあります。 たとえば、コンパレータは工学分野でよく使用され、連続的に変化する XNUMX つの信号を比較できます。 このようなデバイスは、入力信号のレベルが一致すると、ある論理状態から別の論理状態に切り替わります。 入力信号が一致すると、入力信号の極性が一致した瞬間に動作する短い単一パルスまたは一連の一定数のパルスを生成するコンパレータがあります。 コンパレータはエレクトロニクスの多くの分野で使用されています。 ただし、その「活動」の最も重要な領域は、アナログ信号のロジックへの変換に基づいて動作するデバイスです。 これは最も単純な例、デジタル電圧計です。 その主要ノードの XNUMX つは、パルス発生器の動作を制御するコンパレータです。 低電圧主電源の出力電圧を測定したいと想像してみましょう。 この場合、測定装置はどのように機能しますか? 電源の電圧はコンパレータの XNUMX つの入力に印加され、XNUMX 番目の入力に直線的に変化します。 それらが等しくなるまで、ジェネレータはパルスを生成します。 コンパレータの入力電圧が一致した瞬間にコンパレータが切り替わり、生成が停止します。 パルスは電圧計カウンターによって合計され、測定結果がディスプレイに表示されます。 デバイスのジェネレーターは、コンパレーターが切り替わるまでに、生成されるパルスの数が測定電圧の数値に、たとえば XNUMX 分の XNUMX ボルトまたは XNUMX 分の XNUMX ボルトの精度で対応するように構成されています。 上記のことから、コンパレータはアナログ デバイスとデジタル デバイスの特性をうまく組み合わせたものであり、その主な目的は信号変換であると簡単に結論付けることができます。 単純なコンパレータをオペアンプ上に組み込むことができます。 このようなデバイスの図を図 1 に示します。
基準電圧は、制限抵抗 R1 を介してオペアンプの反転入力に印加されます。 非反転入力がその役割を果たします 測定中。 信号は制限抵抗 R2 を介して供給されます。 オペアンプをコンパレータに変えるために、抵抗 R3 によって形成されるフィードバック回路が回路に導入されます。 このような装置の動作原理は簡単です。 初期状態では、オペアンプの出力電圧はゼロです。 コンパレータの測定入力に電圧が印加され、その値が基準電圧よりも小さい場合、オペアンプの状態は変化しません。 デバイスの測定入力の電圧が基準値を超えると、出力電圧が増加し始めます。 フィードバック回路を介して測定入力に送られ、入力電流が増加します。 その結果、出力電圧はさらに上昇します。 つまり、このプロセスは雪崩となり、オペアンプの出力電圧が最大レベルまで急激に増加します。 したがって、コンパレータは「ゼロ」状態から「シングル」状態に切り替わります。 すべてとても簡単なことではありませんか？ さて、コンパレータのデバイスと動作原理を理解したので、実際の応用に進むことができます。 これを行うには、簡単な電子ゲームを組み立てることをお勧めします。 それは、ある対戦相手が別の対戦相手の行動を推測することに基づいています。 コンテストにはXNUMX名が参加します。 そこで、ライトインジケーター、押しボタンスイッチ、トグルスイッチ、および電圧計などの電気測定装置がフロントパネルに取り付けられた小さなボックスを想像してください。 これがメインブロックです。 レギュレーターを備えた XNUMX つのリモコンに接続されています。 役割を分担したら、参加者はゲームを開始します。 それは、ドライバーがリモコンを手に取り、レギュレーターを（自由な遊びの範囲内で）任意の角度に回すという事実から始まります。 XNUMX 番目のプレーヤーにはこれらのアクションは表示されません。 彼の仕事は、相手の動きをできるだけ正確に繰り返すことです。 試行回数が XNUMX 回あるとします。 推測者はリモコンを手に取り、ノブを希望の角度に回します。 次に、ボタンを押して自分の動きを評価します。 インジケーターライトが点灯した場合は、ノブの回転が不十分であることを意味します。 光信号がない場合は、レギュレーターが必要以上に回されていることを示します。 さらに、推測者は彼に何をするかを決定します。 さあ、ノブを前に回すか (インジケーターがオンの場合)、後ろに回します (インジケーターがオフの場合)。 もう XNUMX 回試行した後、もう一度ボタンを押し、インジケーターの状態によって XNUMX 番目の手を評価します。 次に、ノブを XNUMX 回回して、トグル スイッチをオンにします。 この場合、電圧計がゲームの最終結果を証明します。 矢印がゼロのままであれば、それは推測者が絶対に正確に「相手の動きを計算した」ことを意味します。元の位置からずれていれば、ドライバーの意図は未解決のままです。電圧計の針のずれが大きいほど、ドライバーが獲得する利点は大きくなります。 .device 当然のことながら、私たちの場合、それはボルトではなく、いくつかの従来の単位になります。 定期的に役割を変えながら、プレイヤーは互いに競い合い、誰が直観力を磨いたかを比較することができます。 より良い。 参加希望者が多い場合は、総当り方式で開催し、成績表を作成し、そこから勝者を決定することもできます。 一言で言えば、このスロット マシンを使用するための多くのオプションを見つけることができます, 主なことは、少しの想像力とフィクションを示すことです。 このデバイスには特殊性があることに注意してください。最終結果が表示されます。厳密な数学言語では、その値はモジュロ、つまり差の符号を考慮せずに取得されます。 それを定義するには; 追加ボタンを押す必要があります。 インジケーターが点灯していない場合は、XNUMX 番目のプレーヤーがバストしたことを意味します。 インジケーターが点灯している場合は、推測者が相手の結果に「到達しなかった」ことを意味します。 したがって、ゲームのルールを理解したら、スロットマシンの内容を理解することができます。 その概略図を図 2 に示します。
予想どおり、このようなデバイスの「心臓部」はコンパレータです。 これは、オペアンプDA1ですでにおなじみのスキームに従って組み立てられています。 抵抗器 R4、R5、R10 はマイクロ回路の入出力電流を制限して過負荷から保護し、R8 はフィードバック回路を形成します。 インジケーターには、SB1 ボタンで点灯する HL1 LED が使用されます。 測定装置の役割は、整流器ブリッジ VD1 ～ VD1 の対角線に設置された DC 電圧計 PV4 によって実行されます。 そのアームはコンパレータの入力間に接続されています。 電圧計の測定回路はSA1トグルスイッチで切り替えます。 抵抗 R1、R3、R7 および R2、R6、R9 は 3 つの制御された分圧器を形成します。 この場合、可変抵抗器Ｒ３およびＲ６は、コンソールに設置されたレギュレータの機能を実行する。 スロットマシンはどのように動作するのですか? 運転手が最初のリモコンを手に取り、可変抵抗器 R3 を中間の位置に設定したとします。 この場合、回路による上部分圧器からの電圧はコンパレータの基準入力 (オペアンプの反転入力) に送られ、同時に整流器ブリッジのダイオード VD3、VD4 に送られます。 ここで推測者が登場します。 彼はリモコンを手に取り、可変抵抗器 R6 を回します。 その結果、回路による下位分圧器からの電圧がコンパレータの測定入力（オペアンプの非反転入力）に供給され、同時にダイオード VD1、VD2 に供給されます。 DA10 のピン 1 の電圧レベルがピン 9 の電圧レベルよりも低い場合、オペアンプは「ゼロ」状態になります。 SB1 ボタンを押すと、プレイヤーは HL1 インジケーターの光りによってこれを確信します。 コンパレータの測定入力の電圧が基準入力の電圧を超えると、オペアンプは逆の状態に切り替わり、出力に論理ユニットが表示され、LED は点灯しません。 オペアンプのスイッチングは、測定電圧が基準電圧を約 0,3 V 超えたときに発生することに注意してください。したがって、入力電圧が正確に一致すると (したがって、レギュレータ R3 と R6 の位置も)、 H1.1は燃え続けています。 ゲームに参加する際には忘れないようにしてください。 1 番目のプレーヤーの試行がすべて終わった後、BA1 トグル スイッチをオンにします。 コンパレータの両方のワイヤの電圧レベルが完全に同じである場合、すでに述べたように、電圧計の針はスケールのゼロマークに留まります。 一方の入力の電圧がもう一方の入力の電圧を超えると、針がゼロから外れ、入力電圧の差が表示されます。 デバイスは整流器ブリッジの対角線に含まれるため、オペアンプのどちらの入力の電圧レベルが高いかは問題ではありません。 電圧計の電圧極性は常に同じです。 当然、装置の矢印も一方向にのみずれます。 ゲームの終了時に誰のリモコンでノブをさらに回すかを決定するには、すでに提案したように、BV1 ボタンを押して、HLXNUMX インジケーターの状態に基づいて最終結論を導き出すことができます。 ゲーム機は、いわゆる人工中間点を備えたネットワーク安定化電源によって電力を供給されます (図 3)。
K140UD1B チップを設計に使用する場合、電源の出力電圧は 12 V である必要があります。K140UD14 IC を使用する場合、電圧は 9 V に下げる必要があります。後者の場合のツェナー ダイオードのブランドが示されています。図中の括弧内は。 ゲーム機の製造は、図 4 に示す回路基板から始まります。回路基板は、厚さ 1 ～ 2 mm、サイズ 35x30 mm の箔でコーティングされた getinax またはグラスファイバーのシートから作るのが最適です。
一方の端から 3 つの固定穴 Ø 75 mm を開けます。 電源の要素は、同じフォイル素材で作られた 30x5 mm の寸法の回路基板上に配置されます (図 XNUMX)。 トランジスタにはヒートシンクは必要ありません。
詳細については。 オペアンプ - K140UD1B または K140UD1 A. トランジスタ - KT601 シリーズのいずれか - KT603、KT801、KTV05、KT815、KT817、KT819。 電圧 12 V の電源には、ツェナー ダイオード D811、D813、D814G、D814D、または KS211 が適しています。 電源電圧を 9 V に下げる必要がある場合は、ツェナー ダイオード D809、D810、D818A ～ D818G、D814B または D814V を使用できます。 ダイオード - Uy4 - シリーズ D2、D7、D9、D1V、D20、D206、D220、D223、D226、D237 のいずれか。 整流器ユニット - 任意の文字インデックスまたはブリッジ回路に接続された 405 つの中出力ダイオードを備えた KTs102。 LED ブランド AL 307 または AL5。 DC 電圧計 - 測定限界が 6 ～ 1 V です。これが見つからない場合は、必要な抵抗の直列接続された制限抵抗を備えたミリ電流計を測定装置として使用できます。 コンデンサ C50 - K6-50 または K16-2、C3 および C50 - K24-12。 固定抵抗と可変抵抗 - 任意のブランド。 ネットワーク変圧器は、二次巻線電圧が 18 ～ 1 V の低電力です。H2-2 ランプは、MN-3 または MN-0,5 ブランドです。 トグル スイッチと押しボタン スイッチ - 任意のタイプ。 ヒューズは、電流が 1 A 以下になるように設計する必要があります。 ХРXNUMX - 標準電源プラグ。 ゲーム機の外観を図 6 に示します。ゲーム機のケースは、プラスチック、合板、またはアルミニウムで作ることができます。 既製のもの、たとえば糸の下からのプラスチックの箱も適しています。 装置の前面パネルに、測定装置、トグルスイッチ、押しボタンスイッチ、LED、ネオンランプを固定します。 側壁の 11 つにヒューズ ホルダーを取り付けます。 コントロールの近くに適切なマークを付けます。 回路基板と電源トランスをケースのベースに取り付けます。 抵抗器 RXNUMX をネオン ピンの XNUMX つに直接はんだ付けします。 必要な接続はすべて、細い絶縁されたより線を使用して行ってください。
ケースの後壁に XNUMX つの穴を開けます。XNUMX つはネットワーク ケーブル用、もう XNUMX つはデバイスとリモコンを接続するコード用です。 通常の石鹸皿がケースとして適しています。 可変抵抗器には装飾ハンドルを付けてください。 利便性を高めるために、各レギュレーターの周囲に複数のラベルを適用できます。アクションを計算するときにラベルをナビゲートするのが簡単になります。 スロットマシンは調整の必要がありません。 取り付けに間違いがなく、保守可能な部品を使用していれば、その性能を保証できます。 著者: V. ヤンツェフ
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