Глава 16

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ АППАРАТУРЫ

Электронная аппаратура - это совокупность схем и механических устройств, выполняющих определенные действия по измерению и управлению. Она может воспринимать сигнал от датчика определенного вида и обрабатывать сигнал с цельЮ выработки некоторого числового значения для индикации или выдачи аналогового выходного сигнала. Она может также воспринимать несколько различных входных сигналов, выполнять некоторые вычисления или сравнения и затем отображать результат, а может использовать их для выработки управляющих воздействий.

Типы аппаратуры

Аппаратура может быть аналоговой, цифровой или представлять собой совокупность этих двух типов. В тех случаях, когда нужно обязательно обеспечить высокую точность или когда может потребоваться крайне сложная аппаратура, проектирование лучше предоставить квалифицированным инженерам по электронике, имеющим опыт работы в этой области. Однако любитель или новичок (например, студент) может сделать очень многое из того, что когда-то считалось слишком трудным. Словом, если вы из тех, кто может получать наслаждение от изобретения ради изобретения, - приступайте к работе.

Для таких людей имеется в основном две возможности: во-первых, создание простой или умеренно сложной аппаратуры и, во-вторых, объединение двух или большего числа уже существующих промышленно-выпускаемых устройств, которые прежде были несовместимыми.

Удивителен уровень сложности, который может быть достигнут любителями ценой, правда, некоторых неудач при первых попытках. Однако коэффициент неудач может быть значительно снижен, если вы проявите желание и умение искать советов у профессионалов.

Даже при умеренной сложности аппаратуры всегда имеется возможность поиска наиболее разумного применения электронных схем с целью экономии денег. К примеру, физиолог хочет использовать предусилитель с коэффициентом усиления 10 для

восприятия потенциалов деятельности клетки. Такой прибор будет стоить более 300 долл., однако этот прибор может быть в точности воспроизведен примерно за 35 долл. и даже за 20 долл. (если использовать другие, более современные элементы). Такой предусилитель претендует на название «физиологический» в основном по той причине, что он имеет высокий коэффициент подавления синфазной составляющей и входной импеданс порядка 100 млрд. Ом. Однако современные операционные усилители на биполярных полевых и БиМОП-кристал-лах имеют входные импедансы порядка 1500 млрд. Ом (1,5 тераОм!).

Сопряжение двух существующих приборов может заключаться всего лищь в изготовлении соответствующего отрезка жгута, имеющего разъем для одного прибора на одном конце и разъем для другого прибора на другом конце. Напротив, «сопряжение» может включать конструирование электронных схем, обеспечивающих совместную работу этих двух приборов.

И в промышленных, и в университетских условиях, а также в некоторых избранных любительских проектах может потребоваться создание специальной системы, состоящей из приборов, созданных по индивидуальным проектам, или из множества покупных приборов. Прежде чем серьезно взяться за такую работу, желательно изучить каждый прибор, чтобы выяснить его возможности, требования и особенности входа/выхода, назначение и диапазон каждого органа управления и схему прохождения сигнала внутри прибора. Если этого не сделать, то любая попытка создания системы приведет к тому, что устройство будет не оптимальным или, хуже того, может привести к разрушению одного или нескольких сборочных узлов.

Восприятие сигнала

Входная часть любого прибора состоит из каскадов, воспринимающих сигнал и подготавливающих его для последующих каскадов. В простейшем случае входная часть может состоять из одного простого предусилителя (операционного усилителя). С другой стороны, она может представлять собой сложный модуль восприятия аналоговых сигналов. Такие модули выпускаются фирмами Analog Devices, Burr-Brown и др.

Если вы планируете использовать входную часть или весь прибор для передачи информации в вычислительную машину, вам потребуется тот или иной аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Они были более подробно рассмотрены в гл. 14.

В приложениях широко используется также схема мультиплексора. Такие схемы позволяют передавать информацию от нескольких входов в один канал. Соответствующие модели мультиплексоров позволяют объединить в один выходной канал любое число входных каналов в пределах от 2 до 32. В боль-

ВыхоЭ 06ш,ая точка источника питания i/силителя

Поверхность заземления

Земля выходного сигнала

Рис. 16.1. Ситуация, приводящая к тяжелым последствиям - повсеместные токи заземления fo); правильное заземление (б).

шинстве случаев стоимость таких устройств возрастает быстрее, чем число каналов.

Существует два технических приема, к которым несерьезно относятся даже те, кто производит впечатление знающих,-- это заземление и экранирование. Главная причина осложнений, которые могут возникнуть в этой области, заключена в образовании так называемых цепей обратной связи через землю.

Такая цепь создается токами, протекающими в проводнике заземления. Этот ток создает падение напряжения, которое проявляется для системы как сигнал. Эта ситуация показана на рис. 16.1, а, где земля сигнала, общий проводник к источнику питания от усилителя и проводник заземления самого источника питания подключены к различным токам на поверхности заземления.

Поверхностью заземления может быть массивный толстый кусок меди, или сама земля, или большой лист металла, но даже в этом случае нет уверенности, что проблема решена. Если же