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无线电电子与电气工程百科全书 信号仲裁器。 无线电电子电气工程百科全书
您认为数学和电子学之间的共同点是什么？ 熟悉数字技术的读者可能会记得布尔代数的数学定律是逻辑电路运行的基础。 然而，这还不是全部。 事实证明，在数学和电子学中，他们经常使用比较这样的概念。 但如果必须相互比较数值，那么在电子学中就会进行电信号的比较。 为了执行此类操作，甚至创建了特殊设备 - 比较器。 奇怪的是，比较器是我们已经熟悉的触发器的“亲戚”。 他们的相似之处是什么？ 首先，这些设备输出端的信息仅由两个逻辑电平进行编码——高电平和低电平； 其次，只有在输入处存在某种信号组合的情况下，它们才从一种逻辑状态切换到另一种逻辑状态。 比较器是如何排列的以及工作原理是什么？ 让我们暂时脱离我们的故事，想象一下田径运动中的体育赛事，例如跑步。 运动员到达终点线后，将其成绩与该距离的记录时间进行比较。 如果跑步者未能超越世界成绩，在这种情况下，他们会说“记录已经保持”。 但是，如果运动员跑完距离的时间少于记录的时间，那么跑步者本人现在就成为记录保持者，并且他的成绩现在将取代之前的成绩作为最高成绩记录在所有体育参考书中。成就。 例如，在简单比较器的操作中可以看到类似的情况。 该设备有两个输入和一个输出。 其中一个输入通常提供不随时间变化的电压或电流，即所谓的参考信号。 将一个信号与其进行比较，其电平未知。 假设我们想要将手电筒的电池电压与施加到比较器参考输入的固定电压相匹配。 如果电池严重放电并且其电压低于参考电压，则比较器的输出不会发生变化。 但如果电池电位超过参考电压，比较器就会切换，并且在其输出处会出现与原始信号不同的信号。 与跑步比赛的类比不是很合理吗？ 你自己判断吧。 输入信号小于参考信号（跑步时间比记录时间差） - 比较器的逻辑状态不会改变（最高成绩保持不变）。 输入信号超过参考信号（运动员的成绩优于世界成绩）——比较器的逻辑状态变为相反（记录变高）。 因此，我们可以说比较器扮演了仲裁者的角色，决定哪个信号电平较大。 我们仅向您介绍了一种比较器的工作原理。 事实上，它们还有很多，各有不同。 例如，工程中经常使用比较器，它可以比较两个连续变化的信号。 当输入信号的电平匹配时，这种设备从一种逻辑状态切换到另一种逻辑状态。 存在一些比较器，当输入信号一致时，产生短的单个脉冲或一系列在输入信号的极性一致时操作的一定数量的脉冲。 比较器用于许多电子领域。 然而，他们的“活动”最重要的领域 - 其操作基于模拟信号到逻辑的转换的设备。 这是最简单的例子——数字电压表。 其主要节点之一是控制脉冲发生器操作的比较器。 假设我们想要确定低压主电源输出的电压。 在这种情况下测量装置如何工作？ 电源电压施加到比较器的一个输入端，并线性变化到第二个输入端。 直到它们相等为止，发生器产生脉冲。 当比较器输入端的电压匹配时，比较器将切换并停止发电。 电压表计数器将汇总脉冲，测量结果将出现在显示屏上。 该装置的发生器被配置成使得当比较器被切换时，所生成的脉冲的数量将对应于所测量的电压的数值，其精度例如达到十分之一或百分之一伏。 综上所述，我们很容易得出结论，比较器成功地结合了模拟和数字器件的特性，其主要目的是信号转换。 一个简单的比较器可以组装在运算放大器上。 这种设备的示意图如图 1 所示。
参考电压通过限流电阻R1施加到运算放大器的反相输入端。 同相输入的作用 测量。 信号通过限流电阻R2馈送到它。 为了将运放变成比较器，电路中引入了由电阻R3组成的反馈电路。 这种装置的操作原理很简单。 在初始状态下，运算放大器输出端的电压为零。 如果向比较器的测量输入施加电压，其值小于参考电压，则运算放大器的状态不会改变。 当设备测量输入端的电压超过参考值时，输出电压将开始增加。 通过反馈电路，它将进入测量输入，进而导致输入电流增加。 结果，输出电压将增加更多。 简而言之，该过程变成雪崩，运算放大器输出端的电压将突然增加到最大值。 因此，比较器将从“零”状态切换到“单”状态。 是不是一切都非常简单呢？ 好了，现在我们已经熟悉了该设备和比较器的工作原理，我们可以开始实际应用了。 为此，我们建议您组装一个简单的电子游戏。 它基于一个对手对另一对手行为的猜测。 两个人参加比赛。 因此，想象一个小盒子，前面板上安装有指示灯、按钮开关、拨动开关和电气测量设备（例如电压表）。 这是主要块。 它连接到两个配备调节器的遥控器。 分配完角色后，参与者开始游戏。 首先，驾驶员拿起遥控器并将调节器转动到任意角度（在自由发挥的范围内）。 第二个玩家看不到这些动作。 他的任务是尽可能准确地重复对手的动作。 假设有三次尝试。 猜测者拿起遥控器，将旋钮转动到他认为所需的角度。 然后他按下按钮并评估他的举动。 如果指示灯亮，则说明旋钮旋得不够。 没有光信号表明调节器转动过度。 此外，猜测者决定他要做什么； 现在执行 - 向前转动旋钮（如果指示灯亮起）或向后转动旋钮（如果指示灯熄灭）。 再尝试一次后，他再次按下按钮并根据指示器的状态评估他的第二步动作。 然后他第三次转动旋钮，打开拨动开关。 在这种情况下，电压表将证明游戏的最终结果。 如果箭头保持在零，则说明猜测者准确地“计算出了对手的动作。如果偏离了原来的位置，则驾驶员的意图仍未解决。电压表指针的偏差越大，驾驶员赢得的优势就越大。”当然，在我们的例子中，它不会是伏特，而是一些常规单位。 定期更换角色，玩家可以相互竞争，然后比较谁培养了直觉天赋。 更好的。 如果报名人数较多，可以采取循环赛制，编制成绩表，并根据成绩表确定获胜者。 总之，你可以找到很多使用这款老虎机的选项，主要是表现出一点想象力和虚构性。 请注意，该设备有一个特点 - 它显示最终结果，其值在严格的数学语言中取模，即不考虑差异的符号。 定义它； 必须按下附加按钮。 如果指示灯未亮起，则表示第二位玩家已出局。 当指示灯亮起时，表示猜测者“没有达到”对手的结果。 因此，了解了游戏规则后，您就可以熟悉老虎机的内容了。 其原理图如图2所示。
正如预期的那样，这种设备的“心脏”是比较器。 它是按照我们已经熟悉的方案组装在运算放大器DA1上的。 电阻R4、R5和R10限制微电路的输入和输出电流，防止其过载，R8形成反馈电路。 使用 HL1 LED 作为指示器，通过 SB1 按钮将其打开。 测量装置的作用是由安装在整流桥VD1-VD1的对角线上的直流电压表PV4执行。 它的臂依次连接在比较器的输入之间。 电压表的测量电路由SA1拨动开关切换。 电阻器R1、R3、R7和R2、R6、R9形成两个受控分压器。 在这种情况下，可变电阻器R3和R6执行安装在控制台中的调节器的功能。 老虎机是如何工作的？ 假设驾驶员拿起第一个遥控器并将可变电阻器 R3 设置到中间位置。 在这种情况下，来自电路顶部分压器的电压将流向比较器的参考输入（运算放大器的反相输入），同时流向整流桥的二极管VD3、VD4。 现在猜测者开始发挥作用。 他拿起遥控器，转动可变电阻器 R6。 结果，来自根据电路的下分压器的电压被提供给比较器的测量输入（运算放大器的非反相输入），并且同时提供给二极管VD1、VD2。 如果DA10引脚1处的电压电平低于引脚9处的电压电平，运算放大器将处于“零”状态。 通过按下 SB1 按钮，玩家可以通过 HL1 指示灯的发光来确认这一点。 如果比较器的测量输入处的电压超过参考输入处的电压，则运算放大器将切换到相反的状态，并且其输出处将出现一个逻辑单元：LED不会点亮。 应该注意的是，当测量电压超过参考电压约 0,3V 时，运算放大器就会发生切换。因此，在输入电压精确匹配的情况下（以及调节器 R3 和 R6 的位置）， H1.1继续燃烧。 参与游戏的时候，不要忘记这一点。 当第二位玩家的所有尝试都用尽后，他打开 BA1 切换开关。 如果比较器两根线上的电压电平完全相同，则电压表指针正如我们已经说过的那样，将保持在刻度的零标记处。 如果一个输入端的电压超过另一个输入端的电压，指针将偏离零并显示输入电压的差异。 由于该器件包含在整流桥的对角线中，因此运算放大器的哪个输入具有更高的电压电平并不重要。 电压表上的电压极性始终相同。 当然，该装置的箭头也仅在一个方向上偏离。 要确定游戏结束时谁的遥控器旋钮转动得更多，正如我们已经建议的，您可以按下BV1按钮，根据HL1指示灯的状态得出最终结论。 游戏机由具有所谓人工中点的网络稳定电源供电（图 3）。
如果设计中使用K140UD1B芯片，那么电源的输出电压应为12V。当使用K140UD14 IC时，电压必须降至9V。后一种情况的齐纳二极管的品牌已注明图中括号内。 游戏机的制造从图 4 所示的电路板开始。它最好由 1-2 毫米厚、尺寸为 35x30 毫米的箔涂层 getinax 或玻璃纤维片制成。
从一端钻两个 Ø 3 mm 的固定孔。 电源元件放置在尺寸为 75x30 mm 的电路板上，该电路板由相同的箔材料制成（图 5）。 晶体管不需要散热器。
关于细节。 运算放大器 - K140UD1B 或 K140UD1 A。 晶体管 - KT601 系列中的任何一个 - KT603、KT801、KTV05、KT815、KT817、KT819。 对于 12 V 电源，齐纳二极管 D811、D813、D814G、D814D 或 KS211 适合。 如果电源电压需要降低至 9 V，则可以使用齐纳二极管 D809、D810、D818A-D818G、D814B 或 D814V。 二极管 - Uy4 - D2、D7、D9、D1V、D20、D206、D220、D223、D226、D237 系列中的任何一个。 整流器单元 - KTs405，具有任意字母索引或连接在桥式电路中的四个中等功率二极管。 LED 品牌 AL 102 或 AL307。 直流电压表 - 测量限值为 5-6 V。如果没有找到，则可以使用具有所需电阻值的串联限流电阻的毫安表作为测量装置。 电容器C1 - K50-6或K50-16，C2和C3 - K50-24。 固定和可变电阻器 - 任何品牌。 网络变压器为小功率，次级绕组电压为12-18V。H1-2灯为MN-2或MN-3品牌。 拨动开关和按钮开关 - 任何类型。 保险丝的设计电流不得超过 0,5 A。 ХР1 - 标准电源插头。 游戏机的外观如图6所示。其外壳可以由塑料、胶合板或铝制成。 一个现成的盒子，例如螺纹下的塑料盒，也是合适的。 在设备的前面板上固定测量装置、拨动开关、按钮开关、LED和氖灯。 在一侧墙壁上安装保险丝座。 在控件附近应用适当的标记。 将电路板和电源变压器安装到外壳底部。 将电阻器 R11 直接焊接到霓虹灯引脚之一。 使用细绝缘绞线进行所有必要的连接。
在机箱后壁上钻三个孔：一个用于网线，另外两个用于连接设备与遥控器的电线。 普通的肥皂盒就适合作为它们的盒子。 提供带有装饰手柄的可变电阻。 为了更加方便，可以在每个调节器周围应用多个标签 - 在计算操作时更容易浏览它们。 老虎机不需要调整。 如果您在安装时没有犯错误并且使用了可维修的部件，那么您可以确定其性能。 作者：V.扬采夫
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