А давайте вспомним некоторые необычные схемы на логических микросхемах! Такие, к примеру, как радиоприемник и усилитель звуковой частоты.
133-я серия советских микросхем - это полный аналог гражданской и хорошо знакомой многим радио-конструкторам микросхемы К155ЛА3. Разумеется корпуса, в виду космического и ракетного предназначения микросхем 133-й серии, особо прочные и позолоченные.
Подробнее о серии 133 вы можете прочитать в статье по ссылке,
а пока расскажу про некоторые
Особенности УЗЧ и УРЧ на логических микросхемах
В привычном всем цифровом режиме работы микросхемы серий 155 и 133 работают исправно и хорошо знакомы многим. Но давайте рассмотрим схемотехнические решения на этих микросхемах в аналоговом режиме.
Элементы ТТЛ предназначены и созданы для работы с резким изменением напряжения и тока на выходе (нули и единицы). Известно, что в аналоговом режиме можно включить практически любой из инвертирующих элементов ТТЛ и примеры подобного использования микросхем 155-й серии есть и в журналах "Радио" и даже в пособиях для начинающих радиолюбителей.
Вот схема из журнала "Радио" №6 за 1978 год заметки Ю. Куликова "Широкополосный усилитель на К1ЛБ553"
Обратите внимание на наличие в схеме эмиттерного повторителя на транзисторе МП38 (V1) сразу двух подстроечных резисторов.
Такую роскошь и транзистор на входе я себе позволять не стану и конечно сделаю все проще, но с оговорками.
Помня о том, что меня критикуют за схемы радиоприемников всего на одном транзисторе и полным пренебрежением к обратным связям, резисторам смещений и гасящим/передающим конденсаторам, я решил обойтись всего одной микросхемой для создания экономичного радиоприемника. Тем самым я сохраню традицию простоты - всего одна микросхема - и уем тех злопыхателей, что утверждают то, что мои схемы слишком просты и всего из одной детали
Всего в одной такой микросхеме радио-деталей столько, что трудно сосчитать невооруженным глазом.
Если у меня все получится то старый радиоприемник МАЛЬЧИШ будет разговаривать уже с более сложной начинкой, а не с тремя транзисторами вместо всей радио-схемы.
Про схему Ю. Куликова надо заметить следующее: в статье утверждается, что конденсатор С1 в цепи отрицательной обратной связи сужает полосу пропускания усилителя и предотвращает самовозбуждение по ВЧ, диапазон амплитудных значений входных сигналов от 100 мкВ до 25 мВ. Полоса частот усиливаемых сигналов до 1 МГц. Коэффициент передачи KU – до 40. Сопротивление нагрузки должно быть не менее 1 кОм.
Но в моих опытах такая обратная связь мешала
и вместо усилителя я получал свисток или гудок
Делать гуделки и мигалки из логических микросхем - это просто, но мне хочется сделать радиоприемник и значит мне нужны УРЧ и УЗЧ
Прежде чем паять схемы из журналов используя свою золотую 133-ю микросхемочку, я все схемы и журналов испытал на гражданках 155-й серии.
А, кроме того, проштудировал теоретические основы работы логических ТТЛ элементов.
Чтобы попытаться понять, каким образом элемент 2И-НЕ может усиливать аналоговые сигналы, откроем его схемное решение в справочнике под редакцией Шило.
На входах стоят мои любимые (парадоксальные и загадочные) многоэмиттерные транзисторы. Второй транзистор с парой резисторов это схема фазоинвертора о которой я рассказывал смешную историю ранее.
На выходе находится каскад транзисторов часто называемый квазикомплементарным и напоминающий, некоторым образом, типовую схему усилительного каскада звуковой частоты.
Нетрудно заметить, что сигнал на выходе будет отставать от сигнала на входе за счет переходных емкостей всех каскадов транзисторов и, за счет этой задержки, при подключении к выходу емкости обратной связи, может возникнуть генерация и самовозбуждение, особенно при использовании индуктивных нагрузок которыми являются головные телефоны и динамики.
В опытах с микросхемой К155ЛА3 я наслушался этих "чарующих" звуков.
Ищем рабочую точку микросхемы (как у транзистора)
Чтобы заставить схему элемента ТТЛ работать в аналоговом режиме, нужно добиться, чтобы транзистор VT2 был открыт, но не входил в режим насыщения, как при подаче на вход элемента логической единицы. При этом уровень сигнала на входе должен ещё быть и таким, чтобы VT2 никогда не запирался.
С переменным резистором "на перевес" я испробовал массу вариантов, пытаясь найти точку/уровень при котором вместо громкого щелчка в головном телефоне будет слышен шум похожий на белый шум в эфире принимаемый радиоприемником.
Я испытывал три разных ТТЛ микросхемы и со всеми результат был очень разный - точка "уходила" после выключения схемы или пропадала вовсе.
В схеме из журнала "Радио" подобный режим работы обеспечивается подачей на входы элемента ТТЛ фиксированного напряжения смещения Uсм в диапазоне между 0,8 и 2,0 В. Но на практике все было совсем иначе.
Нужно сразу принять как должное, что напряжение смещения в подобных схемах приходится подбирать индивидуально для каждой микросхемы, а также склонность этой схемы к самовозбуждению по ВЧ и переключению в цифровой режим при скачках уровня входного сигнала. Существенным недостатком схемы из журнала "Радио" является неустойчивость её работы.
Как стабилизировать рабочую точку ТТЛ микросхемы
Обычно введение обратной связи в усилителях приводит к стабилизации и снижению коэффициента усиления, но, читая учебники про Автогенераторы на элементах ТТЛ, можно видеть схемы и статьи (в учебнике Гутникова) где автогенератор легко получается из неинвертирующего усилителя введением положительной обратной связи (ПОС) на каждый элемент логики.
А у Хоровица и Хилла написано "Если взять усилитель, коэффициент усиления которого больше, чем нужно, скажем на 40 дБ, а затем подключить к нему цепь обратной связи таким образом, чтобы погасить избыточное усиление, то оказывается, что постоянство усиления заметно улучшается, а линейность увеличивается."
Что это за канифоль такая оловянная ...
Я тут пытаюсь сигналы и звук усиливать и радиоприемник строить, а вместо стабилизации сплошная генерация!
Так, постойте, эти схемы мне очень напоминают схемы с усилителями с высоким входным сопротивлением и весьма малым выходным. Таких усилителей полно используется в технике и электронике под общим названием Операционные усилители - про этих "зверят" я слегка писал простым и лаконичным языком. Именно в этих схемах "давят" излишки КУ с помощью ОС на инверсию по входу или без неё.
Схема инвертирующего усилителя на элементе ТТЛ очень похожа на схему инвертирующего усилителя на операционном усилителе (ОУ).
Взглянем на схему под другим углом
Что если не душить усиление обратными связями?
Микросхема 133 и 155-й серии имеет питание 5 Вольт +- 10%, но сохраняет работоспособность и при меньшем напряжении. Наша задача не ЭВМ или ИИ на старых Лашках, а всего-навсего усилитель радиочастот и звука.
Пониженное питание не вредит самой микросхеме, но логический режим слегка зажимает. Именно такое ноу-хау я применил в плавной мигалке на К155ЛА3 чем немало удивил "традиоционалов" электроники.
Именно плавные вспышки светодиода подключенного к микросхеме К155ЛА3 привели меня к решению задачи со стабилизацией рабочей точки аналогового режима логической микросхемы.
Снижение напряжения питания позволило мне получить меньший уровень шумов, стабильность срабатывания после включения/выключения и уход от режима генерации.
Но всё это получилось не сразу: пришлось повозиться в подбором резисторов чтобы подстраивать рабочую точку наиболее плавно. Понадобились резисторы ОС по питанию в эмиттерной цепи. Согласующий резистор для мало-омных нагрузок и емкость шунтирующая индуктивность головных телефонов.
Эта емкость - "голубая керамика" работает лучше чем "ириска", а вот современные аналоги ведут себя весьма скверно и дают в наушники немало шума.
Эта схема уже практически готовый радиоприемник с приятным звуком и подстройкой позволяющей убрать шумы при сильном превышении сигнала или снижении питания.
При тестировании было принято решение применить на входе старинный конденсатор небольшой емкости для возможности подключения усилителя прямо на резонансную катушку контура выделяющего радиочастоту принимаемой радиостанции.
Этот вариант радиоприемника прямого усиления собран на двух логических элементах. Пока это рабочий макет и прототип для испытаний и улучшений, но вскоре я на его основе соберу радиоприемник на той самой "золотопузой" микросхеме, что дожидается своего часа в моих закромах.
В следующей публикации будет отрисована схема и описаны её параметры для микросхемы из макета и конечно проведены испытания такого устройства на традиционной К155ЛА3.
При испытаниях этот радиоприемник принял сигналы современных радиостанций на кусок провода, так, что тем кто любит пособирать радиоприемники диапазонов КВ и УКВ такая схема тоже может быть интересна.
Лучше раз услышать чем прочитать - так и говорят!
Ролик с испытаниями этой самоделки будет снят в ближайшее время, так что, если не хотите его пропустить - подпишитесь.
Учитесь электронике - это весело и забавно, познавательно и полезно, увлекательно и интересно.
Компанец Д.А.