Каталог радиолюбительских схем

ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ИНДИКАТОРОМ

Александр Борисов
plasteroid*собачка*mail.ru

Данное устройство может быть рекомендовано начинающим радиолюбителям, пожелавшим попробовать свои силы в цифровой технике. Принципиальная схема не претендует на оригинальность, зато построена на доступных и широко распространённых радиоэлементах рис. 1.

Рис. 1. Цифровой регулятор напряжения

Схему можно разделить на два самостоятельных функциональных узла: непосредственно сам регулятор, изменяющий напряжение на нагрузке от 0 до почти 100% и схема индикации, отображающая относительный уровень выходного напряжения в формате 0, 1, 2,…F. К выходу регулятора можно подключить паяльник или лампу накаливания. Управление осуществляется одной кнопкой по алгоритму: первое нажатие и удержание – автоматическое увеличение выходного напряжения, второе нажатие и удержание – автоматическое снижение, и т.д.

Источник питания устройства выполнен по классической схеме на трансформаторе Т1, диодах в мостовом включении VD1-VD4, фильтрующих пульсации конденсаторах С5,С6 и С7, микросхеме-стабилизаторе DA1. Диод VD10 исключает влияние конденсатора C5 на работу формирователя пилообразного напряжения.

При подключении вилки XP1 к сети ~220В благодаря цепочке С2, R4 на выводах 4DD1.1 и 1DD4 формируется короткий импульс с уровнем лог.1, который устанавливает триггер DD1.1 в нулевое состояние (на 1DD1.1 – лог.0, на 2DD1.1 – лог.1), а в триггеры реверсивного счётчика DD4 записывается двоичная информация 1111 с входов данных D1, D2, D4, D8. Поэтому выходы 1, 2, 4, 8 счётчика DD4 принимают также значение 1111. На вход 10DD4 (выбор режима сложения или вычитания) с выхода 2DD1.1 поступает лог.1. При таком состоянии входных и выходных сигналов выход переполнения 7DD4 принимает значение лог.0, который через открытый диод VD7 блокирует работу генератора тактовых импульсов, выполненного на триггере DD1.2. Диод VD6 устраняет выброс отрицательного напряжения при отключении устройства от сети и способствует быстрому разряду C2.

Одновременно выпрямленное пульсирующее напряжение с моста VD1-VD4 через R8 поступает на базу VT1 и, как только оно превысит потенциал 0,6-0,7 вольт, транзистор VT1 откроется и зашунтирует базовую цепь VT2. Транзистор VT2 закроется. Через резисторы R11 и RP1 начнёт заряжаться С8. Когда напряжение на базе VT1 станет менее 0,6 вольт, он закроется, а транзистор VT2, наоборот, откроется. Произойдёт быстрый разряд С8 через переход коллектор-эмиттер VT2. В итоге на инвертирующем входе 4 компаратора DA2 формируется линейно нарастающее пилообразное напряжение. Подстроечным резистором RP1 добиваются наиболее правильной формы “пилы”.

Счётчик DD4 и резистивная матрица типа R-2R на резисторах R29-R36 образуют простейший ЦАП, выходное напряжение которого снимается с движка RP2 и поступает на неинвертирующий вход 3 компаратора DA2. Подстроечным резистором RP2 согласуют максимальный уровень напряжения ЦАП с уровнем “пилы”. В компараторе уровни сравниваются, и на выходе 9DA2 формируется импульсная последовательность с изменяемой скважностью. При первой подаче напряжения записанный код в ЦАП соответствует числу 15-ть (1111), т.е. выходное напряжение ЦАП максимально и превышает уровень “пилы”, поэтому напряжение на выходной розетке XS1 отсутствует.

Элементы R2, C1 и R3 исключают дребезг при нажатии на кнопку SB1 и формируют короткий управляющий импульс с уровнем лог.0 для триггера DD1.1. В момент нажатия на кнопку SB1 конденсатор С1 очень быстро заряжается через малое сопротивление R3 и замкнутые контакты кнопки. Дальнейший дребезг контактов не влияет на выходное напряжение, т.к. разряд С1 происходит через R2 значительно большей величины.

Итак, после включения устройства в сеть для увеличения напряжения на нагрузке, нажимают и удерживают кнопку SB1. Благодаря импульсу на входе 3DD1.1 триггер перебрасывается в единичное состояние по заднему фронту этого импульса, при котором на выходе 1DD1.1 – лог.1, а на выходе 2DD1.1 – лог.0, поступающий на 10DD4 и переводящий счётчик в режим вычитания. При этом выход переполнения 7DD4 принимает значение лог.1. Эта лог.1, закрывая диод VD7, разрешает работу генератора тактовых импульсов. Особенности внутреннего строения микросхемы К561ИЕ11 требуют, чтобы смена направления счёта происходила при лог.1 на входе “С”, поэтому выходной сигнал генератора снимается с выхода 12DD1.2. Так как нажатая кнопка SB1 задаёт лог.0 на входе переполнения 5DD4, то работа счётчика разрешается. С каждым тактом генератора информация на выходах DD4 уменьшается на единицу, что приводит к снижению уровня напряжения на входе 3DA2 относительно уровня “пилы” на входе 4DA2. Длительность импульсов с уровнем лог.0 на выходе 9DA2 увеличивается. Выход 9DA2 нагружен на светодиод оптрона VS2, поэтому время включенного состояния этого светодиода также увеличивается. Светодиод воздействует излучением на фотодинистор, который открывается и замыкает постоянные плечи мостика VD5. Время открытого состояния симистора VS1 относительно перехода сетевого напряжения через нуль становится больше, а это, в свою очередь, приводит к увеличению выходного напряжения на розетке XS1. При отпускании кнопки SB1 через R2 на вход 5DD4 поступит лог.1, которая запретит работу DD4. Уровень напряжения на выходе регулятора зафиксируется. Так как диод VD7 остаётся закрытым, то генератор тактов не остановлен. Если кнопку SB1 продолжать удерживать нажатой, то счётчик досчитает до нуля (состояние выходов - 0000). При этом на выходе 7DD4 появится лог.0, который через теперь открытый VD7 остановит работу генератора, и максимальное выходное напряжение на XS1 зафиксируется. Если после отпускания опять нажать и удерживать SB1, то триггер DD1.1 сменит своё состояние на противоположное, т.е. нулевое состояние. Теперь счётчик DD4 окажется в режиме сложения (на 10DD4 – лог.1) и с каждым тактом информация на его выходах начнёт увеличиваться. Будет увеличиваться и уровень напряжения на 3DA2. В результате напряжение на розетке XS1 начнёт уменьшаться, пока DD4 не досчитает до 15-ти или не будет отпущена кнопка SB1. При отпускании SB1 счёт запрещается, и выходное напряжение фиксируется на выбранном уровне.

Теперь по узлу индикации. Несмотря на относительно большое число элементов в его составе, он позволяет отследить на одном семисегментном индикаторе все 16 градаций регулирования напряжения (все состояния счётчика DD4 от 0000 до 1111). Такая возможность появляется, если индицируемое число представить в 16-тиричном формате, в котором числа от 10-ти до 15-ти заменяются латинскими буквами A, B, C, D, E, F. Это реализовано следующим образом: с выходов инверторов DD6.1 информация в двоичном коде поступает на дешифратор-формирователь DD2 и мультиплексор DD3. Работа последнего запрещена лог.1 с выхода инвертора 2DD6.2. по входу 6DD3. Поэтому, пока на входах 1, 2, 4, 8 дешифратора DD2 информация меняется от нуля (0000) до семи (0111) или наоборот, ничего особенного не происходит – DD2 работает обычным образом. Как только на входах появляется восьмёрка, её код 1000 фиксируется лог.0 с выхода 2DD6.2 по входу 1DD2. через интегрирующую цепочку R12 и C9, которая необходима для задержки фиксации кода относительно его появления на входах DD2. Этот же лог.0 разрешает работу мультиплексора DD3. К дальнейшему изменению информации от 9 (1001) до 15 (1111) или наоборот восприимчив только мультиплексор DD3, а дешифратор DD2 заторможен и на его выходах постоянно выставлен семисегментный код восьмёрки. При изменении информации на адресных входах 1, 2, 4 мультиплексора DD3, благодаря диодам VD11-VD22, соответствующий выход (или несколько выходов) DD2 подключается к общему проводу схемы. Таким образом, в зависимости от кода числа, запрещается прохождение лог.1, отвечающей за включение того или иного сегмента на индикаторе, другими словами, происходит гашение “лишнего” сегмента при формировании латинских букв из восьмёрки. На схеме указаны (9, A, B, C, D, E, F) выводы мультиплексора DD3, отвечающие за формирование цифры или буквы. Инверторы DD5 и DD6.3 работают как буферные элементы-усилители тока лог.0. На транзисторе VT3 и децимальной точке “h” индикатора с общим анодом HL1 выполнена индикация направления регулирования “вверх” или “вниз”. Схема индикации может быть исключена из схемы регулятора или заменена на индикацию в двоичном формате. Для этого через ограничивающие ток резисторы сопротивлением 100-200 Ом обычные светодиоды подключаются своими анодами к выходам инверторов DD6.1.