Аналоговый сумматор своими руками

Уважаемый Administrator

Профиль
Группа: Администраторы
Сообщений: 1127
Пользователь №: 1
Регистрация: 8.04.2007
Репутация: 10
Загрузил файлов: 46

Откуда:
Москва

Есть идея обсудить проекты аналоговых сумматоров.
Для тех кто не очень в курсе проблемы, кратко — с приходом в мир звукозаписи цифровых технологий появилась следующая проблема — цифровые рабочие станции (DAW, digital audio workstation) — главным образом те которые строятся на базе персональных компьютеров (так называемый native системы) — имеют по утверждению многих звукорежиссёров проблемы с микшированием аудиоматериала, для решения проблем цифрового суммирования многие рекомендуют «выход в аналог» — потреково выводить записанный материал и сводить посредством микшера или сумматора — сумму записывать на отдельный аппарат — DAT или другой компьютер. Почитать баталии по поводу микширования — средствами DAW или вывод материала потреково на внешнюю консоль или сумматор — можно на всевозможных звукорежиссёрских форумах. (Здесь кстати так же можно обсудить кто что думает по этому поводу).
При всём при этом есть предложение самодельщикам не вдаваться в полемику а самим попробовать собрать очень простой проект пассивного сумматора.
Схема находится здесь. Здесь — немного теории, рассуждений. Другие варианты — http://www.forsselltech.com/summing_buss_schematics.htm — здесь.
На базе первой схемы простейшего пассивного сумматора Jansen уже собиирал прибор и насколько я понимаю уже проводил тестирование.
Вот фото прибора — думаю даже новичку всё будет понятно.

Здесь вторая картинка в большом разрешении.

Печатку если кто не сможет перерисовать сам — можно договориться с Jansen’ом — он заказывал для своих нужд партию вероятно что-то осталось. Такие платы я брал у него за символические деньги — на досуге постараюсь перерисовать в SpintLayout — выложу в архив.
В принципе схема простейшая, себестоимость изготовления такой штуки я думаю рублей 300. Но при этом такой сумматор позволяет проводить эксперименты с микшированием вне DAW и самому решать какой вариант является более предпочтительным.
В общем высказываемся делимся опытом кто собирал, может быть есть какие-то идеи и дополнения по проекту — я читал мнения что пассивное суммирование неприемлимо по причине сильного падения уровня сигналов при таком виде суммирования, как следствие заметное ухудшение соотношения сигнал-шум и т.д. И что необходим всё таки на каждом канале усилительный каскад, и дополнительный каскад на суммирующих шинах. В общем кто что думает.

Источник

Схемы устройств для сложения телевизионных сигналов (сумматоров)

При отсутствии телевизионной антенны коллективного пользования, особенно в сельской местности, часто возникает необходимость установкидвух или нескольких раздельных антенн.

Это может быть связано с необходимостью использования узкополосных одноканальных антенн для приема разных программ от одного и того же телецентра или ретранслятора, когда требуются антенны с большим коэффициентом усиления. В других случаях необходимо принимать разные программы от телевизионных передатчиков, расположенных в разных направлениях, а каждый раз заниматься поворотом антенны вручную или конструировать специальное поворотное устройство нежелательно.

В таких условиях обычно от каждой антенны спускается отдельный фидер, что нецелесообразно, так как при переходе с приема одной программы на другую приходится переставлять штекеры фидеров в антенное гнездо телевизора. Установка переключателя фидеров у телевизора также не решает проблемы: не устраняется большой расход дорогостоящего кабеля, а при слабом сигнале для компенсации затухания сигнала в фидерах пришлось бы у каждой антенны устанавливать .отдельный антенный усилитель.

Эти проблемы могут быть решены исключительно путем объединения сигналов, принятых антеннами, с канализацией их к телевизору по одному общему фидеру. Однако, непосредственно соединять между собой разные антенны невозможно в связи с тем, что нарушится их согласование с фидерами: сигнал, принятый одной антенной, будет разветвляться и лишь частично поступать в фидер.

Другая антенна, подключенная параллельно фидеру, может представлять собой такую нагрузку, что уровень сигнала от первой антенны, поступающий в фидер, окажется недопустимо малым. Поэтому необходимо, специальное устройство для сложения сигналов, которое не нарушало бы согласования антенн.

На рис. 1 показана схема фильтра сложения сигналов (ФСС) метрового диапазона. Назначение фильтра состоит в том, чтобы сигнал, принятый антенной 1, полностью поступил в фидер и не ответвлялся в цепь антенны 2, а сигнал, принятый антенной 2, также полностью поступил в фидер и не ответвлялся в цепь антенны 1.

Рис. 1. ФСС с использованием ФНЧ и ФВЧ.

Эта задача реализуется использованием двух фильтров. Фильтр, образованный элементами LI, Cl, L2, С2 и С5, представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ), а фильтр, образованный элементами L3, С3, L4, С4 и L5, — фильтр верхних частот (ФВЧ). Если антенна 1 рассчитана на прием сигнала с меньшим номером,канала, то есть с меньшей частотой, чем антенна 2, то сигнал от антенны 1 свободно проходит . через ФНЧ и поступает в фидер, не ответвляясь в цепь антенны 2, так как ФВЧ представляет для него большое сопротивление.

Аналогично, сигнал, принятый антенной 2, беспрепятственно проходит через ФВЧ и поступает в фидер, а ФНЧ, имеющий для этого сигнала большое сопротивление, не пропускает pro к антенне 1. Во избежание отражения сигналов, принятых антеннами, от ФСС характеристические сопротивления обоих фильтров должны приблизительно составлять 75 Ом.

Катушки индуктивности фильтра наматываются проводом ПЭВ-2 диаметром 0,6 мм виток к витку на каркасах из полистирола или оргстекла: диаметром 5 мм. Катушки L1. L4 располагаются на одном общем каркасе, расстояния между катушками должны быть не менее ,8 мм. Катушка L5 наматывается на отдельном каркасе и конструктивно размещается так, чтобы ее ось была перпендикулярна оси других катушек. Количество витков катушек и емкости конденсаторов для разных комбинаций каналов приведены в таблице 1.

В связи с тем, что некоторые читатели могут испытать затруднения при намотке катушек, содержащих нецелое число витков, на рис. 2 показан способ намотки двух катушек, где катушка L1 содержит 4 витка, а катушка L2 — 3,5 витка. При монтаже ФСС необходимо обеспечить минимальную длину соединительных проводников, особенно концов катушек.

Таблица 1. Данные для катушек и конденсаторов.

Номер канала антенны		Количество витков катушек			Емкость, пФ
1	2	L1, L2	L3, L4′	L5	С1,С2	С3, С4	С5
1-5	6-12	2	11	3	12	12	20
1	3	3,5	8,5	6	47	39	33
1	4	3,5	7	5	47	36	33
1	5	3,5	5	6	47	43	33
2	3	3,5	8,5	6	47	39	30
2	4	3	7	5	47	36	30
2	5	3	5	6	43	43	30
3	5	2,5	5	6	33	43	30

Рассмотренный вариант ФСС компактен и дешев в изготовлении, но страдает одним недостатком: в любительских условиях невозможно учесть паразитные емкости монтажа и индуктивности выводов катушек, конденсаторов и соединительных проводов, которые на частоте десятков и сотен Мегагерц оказывают существенное влияние на работу.

Поэтому добиться паспортных значений ослабления сигнала не более, чем на 1 дБ и развязки между антеннами не менее, чем на 15 дБ в любительских условиях трудно. По этой причине нельзя предложить ФСС по этой схеме, который позволил бы подключить к общему фидеру две антенны, работающие в диапазоне 6-12 каналов.

Рис. 2. Способ намотки катушек.

Более широкими возможностями обладает ФСС, схема которого показана на рис. 3. Он собран из шести отрезков коаксиального кабеля той же марки, что и фидеры.

Рис. 3. ФСС из отрезков кабеля.

Работа этого фильтра основана на трех важнейших выводах теории длинных линий:

Входное сопротивление линии длиной в четверть длины волны, короткозамкнутой на конце, бесконечно велико.
Входное сопротивление линии длиной в половину длины волны, короткозамкнутой на конце, равно нулю.
Входное сопротивление линии длиной, равной целому числу полуволн;, короткозамкнутой на обоих концах, относительно точек, находящихся; внутри линии, бесконечно велико.

Фильтр рассчитан на подключение двух антенн: антенны с меньшим-номером канала — ’’а” и антенны с большим номером канала — «б». Размеры отрезков кабеля выбираются следующим образом. Длина отрезка 2 равна половине длины волны в кабеле для канала «б», длина отрезка 3 — четверти длины волны в кабеле для канала ”6”, длина отрезка 4 — четверти длины-волны в кабеле для канала «а”, а длина отрезка 6 — половине длины волны в, кабеле для канала «а».

Длина,отрезков 1 и 5 выбирается так, чтобы суммарная длина отрезков 1 и 2 составляла половину длины волны в кабеле для канала1 «а”, а суммарная длина отрезков 5 и 6 — несколько полуволн в кабеле для ! канала «б».

Рассмотрим прохождение сигнала от антенны канала «а». Поступая по фидеру к точке соединения отрезков 1 и 2, сигнал свободно проходит через отрезок 3 и далее в фидер к телевизору, так как отрезки 1 и 2 в сумме имеют длину в полволны для этого канала, и их сопротивление бесконечно велико.

Сигнал не ответвляется в отрезок 4. в связи с тем, что отрезок 6 для него равен половине длины волны и замыкает накоротко конец отрезка 4, а длина этого отрезка составляет четверть длины волны для канала «а», так что входное сопротивление отрезка 4 бесконечно велико.

Аналогично проходит сигнал от антенны канала «б» с тем лишь различием, что в сумме длина отрезков 5 и 6 равна нескольким половинам длины волны для канала «б». Размеры отрезков, 2, 3, 4 и 6 для разных каналов сведены в табл. 2, а размеры отрезков 1 и 5 — в табл. 3. Здесь выше диагонали приводятся размеры В, а ниже диагонали — Г.

Таблица 2. Размеры отрезков, 2, 3, 4 и 6 для разных каналов.

Номер канала	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	И	12
А	933	791	613	558	512	276	265	254	244	234	226	218 ,
2А	1865	1581	1227	1116	1023	553	529	508	487	469	452	436

Приведем пример определения элементов фильтра для подключения антенны 2-го канала и антенны 7-го канала к общему фидеру. Тогда индекс ”а” соответствует каналу 2, а индекс ”б” — каналу 7. Из табл. 8.2 находим размеры отрезков: 2 — 529 мм, 3 — 265 мм, 4 — 791 мм, 6 — 1581 мм. Из табл.

3 в строке для канала 2 и столбце для канала 7 находим длину отрезка 1 (В) — 1052 мм, а в строке для канала 7 и столбце для канала 2 -длину отрезка 5 (Г) — 535 мм.

Из табл. 3 видно, что в диапазоне 6-12 каналов антенны соседних каналов соединять с помощью ФСС нельзя, но и в тех случаях, когда номера каналов отличаются на 2, длина некоторых отрезков оказывается малой, меньше 50 мм, а такой фильтр будет работать хуже обычного, так как погрешность длины отрезка составит значительный процент от его длины.

По этой же причине не удается создать ФСС для дециметровых каналов или для сочетания метрового и дециметрового каналов. В этих случаях проблема может быть решена коммутацией антенн с помощью электромагнитного реле.

Рис. 4. Схема коммутации антенн.

На рис. 4 показана схема такой коммутации двух антенн на один общий фидер. При этом реле располагается на мачте поблизости от антенн и управляется дистанционно от телевизора с помощью тумблера. Питание реле осуществляется от источника питания телевизора и подается по фидеру.

Резистор R предназначен для гашения излишнего напряжения, а конденсаторы препятствуют замыканию постоянного напряжения питания реле антеннами и входной цепью телевизора, пропуская без потерь высокочастотный сигнал. В схеме используется электромагнитное реле РЭС15 паспорт РС4.591.001П2 или РС4.591.008П2. Можно также использовать реле РЭС10 паспорт РС4.524.301П2 или РС4.524.313П2, но при этом сопротивление резистора R необходимо уменьшить до 6,8 кОм.

Используя схему коммутации, можно подключать к общему фидеру две раздельные дециметровые антенны или метровую и дециметровую антенны. Если же совместить схему коммутации с ФСС, можно подключить к общему фидеру три или четыре метровые антенны, а также две метровые и одну дециметровую антенны. При этом пара антенн подключается к входам ФСС, а выход ФСС — к схеме коммутации.

Никитин В.А., Соколов Б.Б., Щербаков В.Б. — 100 и одна конструкция антенн.

Источник

Основы цифровой схемотехники. Собираем сумматор с ускоренным переносом из дискретных микросхем

Содержание статьи

Говорят, древние программисты собирали свои компьютеры самостоятельно, уверенно обращались с паяльником и знали ассемблер. Но потом эти умения были безвозвратно погребены под слоями абстракции, и теперь каждый — специалист в узкой области, который редко заглядывает дальше ее. Если ты не работаешь с железом, то схемотехника тебе вряд ли пригодится сама по себе. Так зачем ее учить? Попробую показать на примере.

Знаешь, что изображено на этой картинке?

Так выглядит руль болида «Формулы-1». Нетрудно догадаться, что у пилота за таким штурвалом совершенно иной уровень подготовки. И речь не о скорости реакции или рефлексах: тут абсолютно другое, качественно более глубокое понимание принципов и особенностей работы машины.

Знания пилота «Формулы-1» — это и немного знаний конструктора, и инженера, и механика. Только так можно выжать из этого автомобиля максимум и нестись по трассе на огромной скорости под восхищенные крики болельщиц. Примерно то же и со схемотехникой: без нее ты просто скучный современный водитель, от которого скрыли устройство его машины.

Лично мне цифровая схемотехника дала многое. Я, например, узнал, что собой представляет конвейер в процессоре, почему его сброс дорого обходится для исполняемой программы и как выглядит компромисс времени и памяти на аппаратном уровне. Если мне удалось тебя убедить и ты тоже хочешь хоть немного овладеть этой наукой, то приступим!

Форма сигнала

Схемотехнику принято делить на две большие области: цифровую и аналоговую, по типу сигнала. Аналоговая оперирует такими параметрами, как сила тока, напряжение (иногда оно бывает отрицательным) и сопротивление. В цифровой все проще — в схеме есть только высокий и низкий логические уровни, даже без конкретных значений.

В С/С++ подобное отношение моделирует тип bool и два его состояния — true и false . Я и дальше буду использовать аналогии из языков программирования, где это уместно. Надеюсь, это поможет тебе лучше понять происходящее. Кроме того, это ярко показывает, насколько тесно все связано в цифровом мире.

Аналоговая схемотехника капризна и непредсказуема — на параметры сигнала могут влиять не только хорошо известные факторы вроде температуры и внешних наводок, но и даже такие неочевидные вещи, как вовремя не отмытый с платы флюс или окислившиеся контакты (без шуток). Цифровая схемотехника, напротив, слабо зависит от окружающих условий и вообще устойчива к шумам.

Фирма Sony удачно обыграла аналоговую и цифровую природу сигнала в названии своих ноутбуков VAIO. Если внимательно присмотреться к их логотипу, то первые его две буквы повторяют аналоговую форму синусоиды, тогда как последние две представляют пару дискретных состояний цифрового бита.

Так что нет ничего удивительного в том, что сегодня большая часть информации существует именно в цифровом виде, а компьютеры оперируют исключительно числами (если точнее, то их двоичным представлением). Для базового понимания цифровой схемотехники не требуется особых знаний — достаточно только уметь переводить числа из десятичной формы в двоичную и обратно.

Схема на миллион

Типичная цифровая схема состоит из входов, выходов и логических элементов, также называемых вентилями. Сигналы поступают на входы схемы, преобразуются по определенным правилам внутри вентилей (об этом чуть ниже) и подаются на выходы.

В комбинационных схемах состояние сигналов на выходе зависит только от состояния на входе. В последовательностных схемах выход зависит не только от входа, но еще и от внутреннего состояния схемы. В любом случае важно понимать, что сигналы на выходе зависят от входа, не наоборот.

В этой статье мы будем рассматривать только комбинационные схемы. Они проще для понимания и наглядней. Кстати, в отечественной литературе нет устоявшегося перевода для последовательностных схем. Кто-то называет их последовательными, кто-то предпочитает кальку с английского языка и использует термин «секвенциальные схемы» (sequential). Разницы нет никакой, но все равно учти это, когда будешь читать дополнительные источники.

Базовые блоки

Все цифровые схемы сводятся к нескольким стандартным логическим элементам. Это примерно как кубики Lego в детском конструкторе. Их можно комбинировать, соединять друг с другом и получать новые схемы. Для каждого элемента я привел таблицу истинности — соответствие между входными и выходными сигналами.

Существуют еще диаграммы Венна, но, на мой взгляд, они совершенно лишние и только осложняют дело. Впрочем, если ты предпочитаешь графическое представление, то можешь ознакомиться и с ними.

Самый простой вентиль, представляет собой логическое отрицание и инвертирует сигнал на единственном входе. Так как у нас всего два возможных состояния, таблица истинности совсем крохотная. В С/C++ это оператор ! , хотя там его действие распространяется на любые переменные с числовым значением, не только бинарные.

Обрати внимание, что на рисунке выше (и на всех последующих) приведены два символа для обозначения конкретного элемента на схемах. Слева — американский вариант (ANSI), справа — его европейский аналог (МЭК и ГОСТ). Второй стандарт сейчас уже редко где применяется, и даже в русскоязычной литературе почти всегда используется графически более наглядный стандарт ANSI.

Сигнал на выходе этого вентиля равен логической единице только тогда, когда на всех входах присутствует высокий уровень. При этом количество входов может быть любым — таблица истинности изменится незначительно. Кроме того, ничто не мешает каскадировать такие элементы, подавая выход одного вентиля AND на вход другого.

Традиционно таблица рисуется именно таким образом: сперва все входы находятся в состоянии логического ноля, а затем последовательно инвертируется один из разрядов, начиная с младшего. Можно смотреть на это и с другой стороны — как будто все входы кодируют какое-то число (в двоичном представлении) и в каждой строке мы прибавляем к нему по единичке, проходя все возможные значения.

В С/С++ существует аж два аналога для этого вентиля: булево И (оператор &) и логическое И (оператор &&). Первый применяется для проверки флагов и других операций над отдельными битами числа, тогда как второй используется в логических выражениях.

Здесь выход находится в состоянии логического ноля, только когда все входы равны нулю. Остальные комбинации приводят к высокому уровню на выходе.

Вместе AND и OR — это два основных строительных «кирпичика» цифровой логики. Сразу возникает вопрос, как их отличать друг от друга на схемах. Конечно, все решает практика, и со временем они запомнятся сами собой, но можно воспользоваться простым правилом: форма элемента со стороны входов соответствует первой букве в английском обозначении.

Так, округлость вентиля OR напоминает очертания буквы O, а прямая линия элемента AND явно позаимствована из буквы А. Звучит немного нелепо, но главное, что это работает.

Аналогично ситуации с AND для вентиля OR в языках программирования С/С++ используется булево ИЛИ (оператор | ) и логическое ИЛИ (оператор || ).

Наконец, последний из базовых элементов в нашем списке — функция исключающего ИЛИ ( XOR ). На первый взгляд его таблица истинности выглядит странной, но легко запоминается — высокий уровень на выходе, только когда входы отличаются друг от друга. Однако не все так просто.

В общем случае (больше двух входов) этот вентиль реализует самую неочевидную функцию из рассмотренных: если на входах нет логических единиц или если их количество четное, то на выходе ноль, в любом другом случае — единица.

В C/C++ это оператор ^ и с ним связана забавная возможность обменять значения двух числовых переменных без участия временной переменной для промежуточного хранения (свойство самообратимости). И все в одной строчке:

Но вернемся к нашим вентилям. Иногда в их список добавляют также сочетания с NOT : NOT + AND = NAND , NOT + OR = NOR и NOT + XOR = XNOR . При желании можешь вывести их таблицы истинности самостоятельно, это не составляет никакого труда.

Продолжение доступно только участникам

Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте

Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», позволит скачивать выпуски в PDF, отключит рекламу на сайте и увеличит личную накопительную скидку! Подробнее

Источник