Патрик Гёлль - Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс

Для микросхем МАХ 1241 (12-разрядный АЦП) и МАХ 1243 (10-разрядный АЦП) можно использовать одни и те же элементы и одинаковое их размещение на плате (рис. 4.4 и 4.7).

Рис. 4.7. Внешний вид печатной платы устройства для версии компании MAXIM

Учитывая малую входную емкость этих микросхем (16 пФ), можно попробовать как минимум удвоить величины резисторов входного делителя для той же частоты дискретизации. Из соображений унификации и совместимости в схеме целесообразно применить источник опорного напряжения производства компании MAXIM, параметры которого адаптированы к параметрам описываемых АЦП.

Хотя в этом семействе АЦП существуют модели со встроенным источником опорного напряжения, зачастую лучшие результаты получаются при использовании специализированного и оптимизированного отдельного компонента.

Источник опорного напряжения (ИОН) типа МАХ 6125, расположение выводов которого приведено на рис. 4.8, выпускается в корпусе SO для поверхностного монтажа (SMD).

Рис 4.8. Расположение выводов ИОН МАХ 6125

Это не «улучшенный стабилитрон», а эквивалент высокоточного (1 %) трехвыводного интегрального стабилизатора. Он включает в себя и двухвыводный источник опорного напряжения, и необходимый последнему резистор, вследствие чего потребление тока устройством существенно снижается (75 мкА на ИОН и менее 2,5 мА на АЦП).

Для монтажа ИОН в схему рассматриваемого устройства необходимо добавить небольшую печатную плату (ее топологическая схема приведена на рис. 4.9). Она монтируется на основную плату при помощи трех металлических штырьков, изготовленных из выводов резисторов. Штырьки вставляются в отверстия, предназначенные для резистора R3 и положительного вывода VD4 REF 25 Z (рис. 4.1).

Рис. 4.9. Топологическая схема печатной платы для источника опорного напряжения версии MAXIM

Монтаж ИОН МЛХ 6125 непосредственно на контактные площадки этой небольшой платы (рис. 4.10 и 4.11) не представляет проблем, если использовать паяльник с тонким жалом, не набирать много припоя и сначала припаять два диаметрально противоположных вывода (например, 4 и 8 ). Заметим, что припаивать неиспользуемые выводы N.C. необязательно.

Выбор варианта будет зависеть от доступности компонентов и от возможностей пользователя, но было бы интересно собрать два разных устройства и сравнить получаемые в разных приложениях результаты.

Рис. 4.10. Монтажная схема ИОН для версии компании MAXIM

Рис. 4.11. Внешний вид печатной платы ИОН, установленной на плату устройства, для версии компании MAXIM

ВЕРСИЯ ИНТЕРФЕЙСА С ОПТРОННОЙ РАЗВЯЗКОЙ

Описываемые в книге устройства в подавляющем большинстве случаев будут использоваться для измерения параметров сигналов относительно общего или сетевого провода. Но в ряде ситуаций могут возникнуть проблемы из-за того, что общий провод устройства соединен с корпусом ПК.

За исключением тех случаев, когда устройство работает с переносным ПК с автономным питанием, его ни в коем случае нельзя подключать непосредственно к цепям, не изолированным от сети или находящимся под высоким потенциалом.

Добавление нескольких оптронов к рассматриваемой схеме поможет решить эту проблему, хотя это и приводит к незначительному ухудшению характеристик интерфейса.

Какими бы параметрами ни обладал оптрон, в нем всегда используется оптический принцип передачи сигналов без всякой гальванической связи. При этом и источник, и приемник оптического излучения размещены в едином корпусе. Для передачи излучения от передатчика к приемнику используются различные технологии, описание которых выходит за рамки этой главы. Особенности этих технологий определяют основные характеристики оптрона, обеспечивая, в частности, необходимый компромисс между степенью изоляции, коэффициентом передачи и быстродействием.

В большинстве случаев источником излучения служит светодиод из арсенида галлия, работающий в ближней инфракрасной области спектра. При этом спектр его излучения практически совпадает с областью максимальной спектральной чувствительности кремниевых фотоприемников, наиболее дешевых и широко распространенных. В специальных оптронах могут также использоваться и другие излучатели, такие как миниатюрные лампы накаливания или газоразрядные светоизлучающие приборы, например, неоновые. В качестве фотоприемников можно часто встретить фоторезисторы, как, например, в оптопарах «лампа накаливания-фоторезистор», широко применявшихся лет двадцать назад. Эти оптопары использовались в звуковых трактах в качестве потенциометров с электронным управлением.

По поводу оптронов «неоновая лампа-фоторезистор» стоит отметить, что они применяются в основном в качестве детекторов посылок вызова в некоторых специализированных телефонных устройствах.

Самые распространенные оптроны выпускаются в корпусе DIP6 и строятся по схеме, приведенной на рис. 4.12: инфракрасный светодиод оптически связан с фототранзистором, три вывода которого являются выходами оптрона.

Рис. 4.12. Схема и расположение выводов типового оптрона

По рис. 4.12 видно, что принятое расположение выводов обеспечивает максимальное расстояние между входом и выходом. Очевидно, что при такой конструкции нет необходимости делать оптрон с изоляцией, выдерживающей напряжение 3000 В, если напряжение пробоя между контактными площадками или печатными проводниками составляет всего около 500 В.

В большинстве случаев вывод базы не используется, так как транзистор переходит в проводящее состояние в результате фотоэлектрического эффекта. Тем не менее иногда встречаются схемы, где между базой и эмиттером включен резистор. Обеспечивая быстрое рассасывание накопленного в базе заряда, такое схемное решение заметно улучшает время срабатывания оптрона, но, к сожалению, за счет снижения его коэффициента усиления по току или коэффициента передачи. Надо заметить, что этот резистор уменьшает также и обратный ток коллектора.