Схемотехника (продолжение)

1.

Схемотехника (продолжение)
Логические элементы
Матвеев Александр Сергеевич

2.

Диод
Основные характеристики
Падение
напряжения
Максимальное
сдерживаемое
напряжение
прямого
обратное
Максимальный прямой ток
VF
Вольт
VDC
Вольт
IF
Ампер

3.

Светодиод
Светодиод (англ. Light Emitting Diode или просто LED) —
энергоэффективная, надёжная, долговечная «лампочка»
Светодиод — вид диода, который светится, когда через него проходит ток от
анода (+) к катоду (−).
Основные характеристики
Падение напряжения
VF Вольт
Номинальный ток
I
Интенсивность (яркость) IV
Ампер
Кандела
Длина волны (цвет)
λ Нанометр
Восприятие световых волн человеком
Типовая схема включения

4.

Расчет добавочного резистора
Поиск подходящего резистора
Рассчитаем какой резистор R в приведённой схеме нам нужно взять, чтобы
получить оптимальный результат. Предположим, что у нас такой светодиод и
источник питания:
Найдём оптимальное сопротивление R и минимально допустимую мощность
резистора PR.
Сначала поймём какое напряжение должен взять на себя резистор:
По закону Ома найдём значение сопротивления, которое обеспечит такое
падение:
Таким образом:
при сопротивлении более 135 Ом яркость будет ниже заявленной
при сопротивлении менее 135 Ом срок жизни светодиода будет меньше
Теперь найдём мощность, которую при этом резистору придётся рассеивать:
Это означает, что при мощности резистора менее 54 мВт резистор перегорит.

5.

Транзистор
Транзисторы используют для управления мощными нагрузками при помощи
слабых сигналов с микроконтроллера.
Нога, выполняющая роль «кнопки» называется база (англ. base)
Пока через базу течёт небольшой ток, транзистор открыт:
o Большой ток может втекать в коллектор (англ. collector)
o и вытекать из эмиттера (англ. emitter)
Основные характеристики
Макс. напряжение коллектор-эмиттер VCE Вольт
Максимальный ток через коллектор
IC
Коэффициент усиления
hfe
Ампер

6.

Пример
Транзистор усиливает максимально допустимый ток в hfe раз:
Пример расчёта
Если управляющий сигнал на базе транзистора с hfe и резистором номиналом
1 кОм составляет 5 вольт:
Какой максимальный ток сможет пропустить через себя транзистор?
Каким по величине будет управляющий ток?
Дано
Найти
Решение
Вывод
Если на базу подаётся 5 В через резистор в 1 кОм, транзистор откроется
настолько, что будет способен пропустить до 250 мА. При этом
управляющий ток составит всего 5 мА

7.

Полевой транзистор
Полевой MOSFET-транзистор — ключ для управления большими токами при
помощи небольшого напряжения.
«Кнопка» называется затвором (англ. gate)
Пока на затворе есть небольшое напряжение, транзистор открыт:
o Большой ток может втекать в сток (англ. drain)
o и вытекать из истока (англ. source)
Основные характеристики
Максимальное напряжение сток-исток VDS
Вольт
Максимальный ток через сток
ID
Ампер
Сопротивление сток-исток
RDSon Ом
Рассеиваемая мощность
PD
Ватт

8.

Типовая схема подключения
Рассеивание тепла
Транзистор не идеален и часть пропускаемой мощности превращается в
тепло.
Если PH превысит PD, без помощи дополнительного охлаждения транзистор
сгорит.

9.

Пьезодинамик
Пьезоизлучатель звука (англ. buzzer) переводит переменное напряжение в
колебание мембраны, которая в свою очередь создаёт звуковую волну.
Иначе говоря, пьезодинамик — это конденсатор, который звучит при зарядке
и разрядке.
Основные характеристики
Рекомендуемое (номинальное) напряжение V Вольт
Громкость (на заданном расстоянии)
P Децибелл
Пиковая частота
fP Герц
Ёмкость
C Фарад
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) определяет громкость звука в зависимости
от частоты управляющего сигнала, который и определяет высоту звучащей ноты.

10.

Подключение
Для звучания нужно подавать на динамик
квадратную волну. Какой частоты будет
волна, такой частоты будет и звук
Подключение с регулировкой громкости

11.

Терменвокс
Изменяем высоту звучания бесконтактным путем, больше или меньше закрывая от света
фоторезистор.
Оригинальный инструмент был изобретён в 1920 году, Львом Сергеевичем Терменом,

12.

// даём имена для пинов с
пьезопищалкой (англ. buzzer) и фото// резистором (англ. Light Dependent
Resistor или просто LDR)
#define BUZZER_PIN 3
#define LDR_PIN A0
void setup()
{
pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
// ...а все остальные пины являются
входами изначально,
// всякий раз при подаче питания или
сбросе микроконтроллера.
// Поэтому, на самом деле, нам
совершенно необязательно
// настраивать LDR_PIN в режим входа:
он и так им является
}
Скетч
void loop()
{
int val, frequency;
// считываем уровень освещённости так
же, как для
// потенциометра: в виде значения от 0
до 1023.
val = analogRead(LDR_PIN);
// рассчитываем частоту звучания
пищалки в герцах (ноту),
// используя функцию проекции (англ.
map). Она отображает
// значение из одного диапазона на
другой, строя пропорцию.
// В нашем случае [0; 1023] -> [3500;
4500]. Так мы получим
// частоту от 3,5 до 4,5 кГц.
frequency = map(val, 0, 1023, 3500, 4500);
tone(BUZZER_PIN, frequency, 20);
}

13.

Мотор
Мотор переводит электрическую энергию в механическую энергию вращения.
Основные характеристики
Рекомендуемое (номинальное) напряжение V Вольт
Потребляемый ток без нагрузки
IF Ампер
Потребляемый ток при блокировке
IS Ампер
Скорость вращения без нагрузки
ω с-¹
Максимальный крутящий момент
τ
Н×м
Самый простой вид мотора —
коллекторный. При подаче
напряжения в одном направлении
вал крутится по часовой стрелке, в
обратном направлении — против
часовой
Крутящий момент определяет какая сила воздействует на точку рычага на
заданном расстоянии от оси вращения.

14.

Схема подключения без
возможности реверса

15.

Переключатели. Кнопка

16.

const int LED=10;
const int BUTTON=2;
int tekButton = LOW;
int prevButton = LOW;
// Переменная для сохранения предыдущего состояния кнопки
boolean ledOn = false; // Текущее состояние светодиода (
void setup()
{
pinMode (LED, OUTPUT);
pinMode (BUTTON, INPUT);
}
void loop()
{
tekButton=digitalRead(BUTTON);
if (tekButton == HIGH && prevButton == LOW)
{
ledOn=!ledOn;
digitalWrite(LED, ledOn);
}
prevButton=tekButton;
}
Скетч

17.

Эффект дребезга
При замыкании и размыкании
между пластинами кнопки
возникают микроискры,
провоцирующие до десятка
переключений за несколько
миллисекунд.

18.

Схема подключения пинов
Схема со стягивающим резистором
Есть нажатие: Vout = Vcc
Нет нажатия: Vout = 0
Схема с подтягивающим
резистором
Есть нажатие: Vout = 0
Нет нажатия: Vout = Vcc

19.

const int LED=10; // Контакт 10 для подключения светодиода
const int BUTTON=2; // Контакт 2 для подключения кнопки
int tekButton = LOW; // Переменная для сохранения текущего
состояния кнопки
int prevButton = LOW;
boolean ledOn = false; // Текущее состояние светодиода
Устраняем
дребезг контактов
void setup()
{
// Сконфигурировать контакт светодиода как выход
pinMode (LED, OUTPUT);
// Сконфигурировать контакт кнопки как вход
pinMode (BUTTON, INPUT);
}
// Функция сглаживания дребезга. Принимает в качестве
// аргумента предыдущее состояние кнопки и выдает
фактическое.
boolean debounce(boolean last)
{
boolean current = digitalRead(BUTTON); // Считать состояние
кнопки,
if (last != current) // если изменилось...
{
delay(5); // ж дем 5 м с
current = digitalRead(BUTTON); // считываем состояние
кнопки
return current; // возвращаем состояние кнопки
}}
void loop()
{
tekButton = debounce(prevButton);
if (prevButton == LOW && tekButton
== HIGH)
{
ledOn = !ledOn;
}
prevButton = tekButton;
digitalWrite(LED, ledOn);
}

20.

Логические элементы.
Инверторы (НЕ)
Таблица истинности инвертора
Вход
Выход
0
1
1
0

21.

Элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ
Таблица истинности двухвходовых элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ
Вход 1
Вход 2
Выход И
Выход И-НЕ
Выход ИЛИ
Выход ИЛИ-НЕ
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
0

22.

Пример

23.

Реализация логических
элементов
ИЛИ
НЕ
И

24.

Спасибо за внимание