4. RC цепи - сборки на макетке и формы сигналов.С -
1000,0 мкФ - 16v;
R =
1 кОм,
R1,
R2 -
10 кОм;
KN1 -
PS-850N (без фиксации);
VD1-VD3 - яркие светодиоды с падением напряжения около 2 вольт (обычно красные). Напряжение питания - 5 вольт.
4-1. Схема, сборка и формы сигналов интегрирующей цепочки.Основными элементами схемы являются конденсатор
C, сопротивление
R и переключатель
KN1. Светодиоды
VD1,
VD2 и токоограничительные сопротивления
R1,
R2 являются цепями индикации состояний напряжений соответственно в точках
1 и
2 (графики
1 и
2).
При этом, по состоянию светодиодов
VD1 и
VD2 можно судить о величинах напряжения на выводах сопротивления
R (точка
1 и
2), а соответственно знать о величине падения напряжения на сопротивлении, о направлении движения электрического тока через него, о наличии заряда или разряда на конденсаторе (их начале или окончании).
Например, если оба светодиода
VD1 и
VD2 светятся одинаково с максимальной яркостью, значит, в точках
1 и
2 высокий уровень напряжения, соответственно падение напряжение
Ur = 0v. Если быть точным, то на потенциал в точке
2 малое влияние оказывает цепь индикации (сопротивления
R2 и светодиода
VD2), которое ввиду
R<<<R2 здесь не учитывается.
Объясните, что за "малое влияние" ? Проверка:После подачи питания при нажатии на кнопку KN1 (замыкание на GND) яркость светодиода VD2 должна уменьшаться до нуля, а при отпускании кнопки (соединение с VCC) яркость светодиода VD2 будет увеличиваться в соответствии с графиком на изображении: При нажатии переключателя KN1 (средний вывод к GND), в начальный момент времени светодиод VD1 сразу гаснет, а светодиод VD2 гаснет с некоторой задержкой. Значит, в начальный момент времени в точке 1 U1=0v, а в точке 2 U2=5v, соответственно движение тока направлено в сторону точки 1 (от большего потенциала к меньшему). Данное направление тока соответствует разряду конденсатора. Когда их величины напряжений U1, U2 становятся одинаковыми, здесь оба светодиода гаснут, то значит, процесс разряда конденсатора завершён.
При отпускании переключателя KN1 (средний вывод к VCC), в начальный момент времени, светодиод VD1 будет сразу светиться, а светодиод VD2 начинает светиться с некоторой задержкой. Значит, в начальный момент времени в точке 1 U1=5v, а в точке 2 U2=0v, соответственно движение тока направлено в сторону точки 2. Это направление тока соответствует заряду конденсатора. Когда величины напряжений U1, U2 становятся одинаковыми, здесь равными 5v (оба светодиода светятся), значит, движение тока прекращается, а процесс заряда конденсатора завершён.
Сетка –
2 вольта/2 с; Z (zero) – линия нуля (или земли,
GND)
Конденсаторы способны накапливать электрический заряд и разряжаться, в
RC цепях время заряда и разряда конденсатора зависит от величины ёмкости
С и сопротивления
R (
τ = RC). На изображении, через несколько секунд после подачи питания
5 вольт (средний вывод
KN1 на
VCC) конденсатор полностью зарядится и на нём будет также напряжение
5 вольт. Если средний вывод переключателя соединить с землёй (
GND), то через некоторое время конденсатор разрядится, и напряжение на его выводах станет равным
0 вольт.
τ – постоянная времени, при которой конденсатор заряжается/разряжается на
63%. При
t=5τ – на 99%. Учитывая номиналы сопротивления и конденсатора, постоянная времени
τ здесь будет равна 1 секунде (
1 кОм x 1000 мкФ = 1000 x 0.001=1), а время
t соответственно 5 секунд.
Учитывая особенности схемы (индикация состояния светодиодом
VD2 в точке
2), через 1 сек после начала разряда, когда напряжение в точке
2 будет 37% (100-63) и от
5 вольт составлять около
1.8 вольт, то красный светодиод
VD2 уже почти не будет светиться. При полном разряде и через 1 сек после начала заряда, когда напряжение на графике
2 будет уже
3.2 вольт, на красном светодиоде
VD2 уже не будет увеличиваться яркость (помните, что сопротивление
R2 =
10 кОм и поэтому максимальная яркость светодиода
VD2 здесь невелика).
Вместо
красного светодиода на место
VD2 установите светодиод
синего свечения и понаблюдайте отличия, особенно на задержку включения светодиода при заряде.
Объясните её причину ?
4-2. Схема, сборка и формы сигналов дифференцирующей цепочки. Основными элементами схемы являются конденсатор
C, сопротивление
R и переключатель
KN1. Светодиоды
VD1,
VD2,
VD3 и токоограничительные сопротивления
R1,
R2 являются цепями индикации состояний напряжений соответственно в точках
1 и
2 (графики
1 и
2).
При этом, по состоянию светодиодов
VD1-VD2;
VD1-VD3 можно судить о величине и полярности напряжения на выводах конденсатора
C и соответственно можно определять величину падения напряжения на нём, полярность, а также направление и силу тока.
Проверка :После подачи питания при нажатии на переключатель KN1 (замыкание на GND) вспышка с уменьшением яркости должна наблюдаться на светодиоде VD3, а при отпускании кнопки – на светодиоде VD2. Смотрите графики на изображении:
Сетка –
2 вольта/2 с; Z (zero) – линия нуля (или земли,
GND)
В
RC цепи напряжения на выводах конденсатора
С скачком измениться не может, даже если в сигнале
1 происходит мгновенный перепад напряжения (конденсатор должен зарядиться или разрядиться, существует время заряда и разряда конденсатора).
Например, при подаче питания (средний контакт
KN1 на
VCC =
5 вольт), конденсатор разряжен и напряжение на нём
Uc=0 вольт, соответственно в первый момент времени в точке
2 напряжение будет также равным
5 вольт (
Uvcc=Uc+Ur; 5=0+Ur; Ur=5v). По мере заряда конденсатора падение напряжения на нём будет возрастать до величины
5 вольт, а напряжение в точке
2 будет падать по экспоненте до нуля (об этом покажет состояние светодиода
VD2;
Uvcc=Uc+Ur; 5=5+Ur; Ur=0v). Конденсатор зарядится, ток не течёт.
Формула ёмкостного сопротивления конденсатора
Xc = 1/(2πfC), в его знаменателе есть величина
f (частота сигнала). Соответственно, для постоянного сигнала (где f=0) величина
Xc стремится к бесконечности. Здесь резистивный делитель, где
Xc >>> R, соответственно после заряда конденсатора потенциал в точке
2 будет близок к
0 вольт (
Uvcc=Uc+Ur; 5=5+Ur; Ur=0).
При нажатии и удержании переключателя
KN1 его средний вывод будет на
GND (
0 вольт). Так как конденсатор заряжен и напряжение на нём
5 вольт, то изменение потенциала в точке
1 до
0 вольт приведёт к изменению потенциала в точке
2 до
– 5 вольт (
Ugnd=Uc+Ur; 0=5+Ur; Ur=-5v).
Обратите внимание, что напряжение на конденсаторе осталось прежним
5 вольт (если его мерить тестером относительно точки
2). По мере разряда конденсатора падение напряжения на нём будет уменьшаться до величины
0 вольт, а напряжение в точке
2 будет падать по экспоненте от
– 5 вольт до
0 вольт (об этом покажет состояние светодиода
VD3;
Ugnd=Uc+Ur; 0=0+Ur; Ur=0).
Дополнительная практика по теме
"Восьмиканальные бегущие огни без микросхем".