Схемы простых УНЧ, АМ-радиоприемника и ИК сигнализации на микросхеме 4069

Здесь буду описывать эксперименты с микросхемой 4069, представляющей собой набор из шести КМОП-инверторов. Но, прежде всего, учитывая замечания читателей, скажу, что идеяиспользования цифровых микросхем в аналоговых схемах не принадлежит мне лично. И вполне возможно, что где-то и когда-то, кто-то другой публиковал что-то более или менее похожее.

Более того, замечу, что имеются и промышленные образцы, в которых логические элементы работают в аналоговом режиме, например, многочисленные китайские радиозвонки, радиобрелки и прочие игрушки.

Ну, теперь покаявшись, и посыпав седую голову пеплом, перехожу к делу. Для начала, напомню, что для того чтобы логический инвертор МОП или КМОП логики перевести в аналоговый режим работы необходимо создать цепь отрицательной обратной связи, соединяющей его вход и выход.

При этом постоянное напряжение на выходе будет равно постоянному напряжению на входе, по уровню, находящемуся между нулем и единицей. И инвертор превращается в усилитель.

Усилительные каскады

На рисунке 1 показана схема такого усилительного каскада, у которого коэффициент усиления зависит от отношения сопротивлений резисторов R1 и R2. В принципе, как у операционного усилителя, сигнал у которого подается на инвертирующий вход. В этом смысле, логический инвертор КМОП или МОП

Рис.1. Схема усилительного каскада на цифровом элементе.

Рис.2. Схема усилительного каскада.

логики, я позволю себе такую вольность, признать аналогом операционного усилителя, у которого есть только один вход - инвертирующий.

Впрочем, наличие резистора R1 совсем не обязательно, его можно принять за ноль Ом. Хотя это и математически неправильно (на ноль делить нельзя), однако, на практике работает.

В этом случае, касательно микросхемы 4069 коэффициент усиления будет зависеть только от R2 и напряжения питания, при этом весьма забавно то, что усиление возрастает со снижением напряжения питания. Так, при сопротивлении R2 равном 2 МОм и напряжении питания 3В коэффициент передачи у разных экземпляров микросхемы лежал в пределах от 150-200.

Но при напряжении питания 5V он упал примерно процентов на 20, а при питании от источника напряжением 12V снижение уже было на все 70%. Однако, при напряжении питания менее 2,4В работоспособность резко прекращалась полностью.

Стерео усилитель для головных телефонов

Возвращаясь к предыдущей статье, хочу продемонстрировать схему стереофонического УНЧ для головных телефонов, сделанного на микросхеме 4069 (рисунок 3).

В УНЧ каждого канала работает по три инвертора микросхемы. Инверторы включены в таком порядке, чтобы при монтаже входы были с одного торца микросхемы, а выходы с другого.

Рис. 3. Стереофонический УНЧ для головных телефонов на микросхеме 4069.

Основным усилителем по напряжению является первый каскад, выполненный для одного канала на D1.1, для другого на D1.4. Инвертор переведен в аналоговый режим с помощью ООС из RC цепей R1-C2-R2 и R3-C4-R4. Коэффициент усиления можно изменять подбором сопротивления резисторов R2 и R3.

На остальных четырех элементах сделаны усилители мощности.

Мощный УНЧ для наушников

Впрочем, если слишком большого усиления по напряжению не требуется, но хочется получить больше по мощности, можно сделать усилитель и по такой схеме, как показана на рисунке 4. Здесь три логических инвертора соединены параллельно, как бы один мощный, а потом уже на эту схему «повешена» цепь ООС состоящая для одного канала из резисторов R1 и R2, и для другого стереоканала, из резисторов R3 и R4.

Хочу заметить, что схема весьма неплохо работала на стандартные головные стереотелефоны сопротивлением 32 Ом.

Рис.4. Принципиальная схема мощного усилителя НЧ для наушников на микросхеме 4069.

Простой АМ приемник

Возвращаясь к теме АМ приемника на цифровой микросхеме хочу представить на суд (и экспертизу) читателей другую схему, тоже проверенную в работе. Конечно, признаю, что AM сейчас не столь актуально, но это все-таки, эксперимент, так сказать, творчество ради творчества. Схема показана на рисунке 5.

Входной точкой является колебательный контур на катушке L1 и переменном конденсаторе С1. Переменный конденсатор, как и в прошлой статье - от набора для сборки приемника «Юность КП-101». Катушка точно так же, намотана на ферритовом стержне диаметром 8 мм и длиной 120 мм. Для приема средних волн обмотка должна содержать 80-90 витков, для длинных - 250.

Провод,практически любой обмоточный. Средневолновую катушку мотать виток к витку, длинноволновую - внавал, 5-6-ю секциями.

С этого контура сигнал поступает на первый усилительный каскад, построенный на элементе D1.1. В режим усилителя его переводит резистор R1. С него, через разделительный конденсатор С3, усиленный сигнал поступает на второй каскад на элементе D1.2.

Его усиление зависит от резистора R2.

Рис.5. Схема простого самодельного АМ приемника на цифровой микросхеме 4069.

Детектор сделан на кремниевом диоде VD1. Кремний не очень хорош для детектора, потому что у кремниевых диодов больше прямое напряжение. Но здесь диод подключен анодом непосредственно к выходу элемента D1.2, на котором есть постоянное напряжение, достаточное для смещения точки детектирования в участок ВАХ диода с достаточной крутизной.

Резистор R3 - регулятор громкости. А на элементах D1.3-D1.6 сделан УНЧ. Мощности хватает для работы на миниатюрный динамик типа 50FL25R сопротивлением звуковой катушки 25 Ом.

Схемы усилителей на логических микросхемах типа 4069 широко используются в качестве УНЧ и формирователя импульсов в простых сверхрегенеративных приемниках систем радиоуправления игрушками и бытовыми приборами.

Усилитель-формирователь логических импульсов

На рисунке 6 показана схема усилителя-формирователя логических импульсов, на вход которого подается сигнал с выхода «типового» однотранзисторного сверхрегенеративного детектора.

Рис.6. Схема усилителя-формирователя логических импульсов на микросхеме 4069.

С выхода сверхрегенеративного детектора на одном транзисторе сигнал поступает на усилитель - формирователь через конденсатор С1.

Первое звено усиления (каскадом назвать будет не очень правильно) сделано на элементах D1.1 и D1.2. Коэффициент усиления D1.1 задан резистором R1, коэффициент усиления D1.2 задан резистором R2. Конденсатор С2 снижает усиление на ВЧ, таким образом подавляя частоту суперного шума.

Далее, аналогичная схема на элементах D1.3 и D1.4. Логические импульсы формирует схема на диоде VD1 и триггере Шмитта на элементах D1.5 и D1.6.

Датчик пересечения ИК-луча

Другая сфера применения аналоговых усилителей на основе микросхемы 4069 - инфракрасный датчик или фотоприемник инфракрасного сигнала.

На рисунке 7 показана схема успешно эксплуатируемого уже несколько лет датчика, реагирующего на пересечение либо отражение инфракрасного луча. Интересно то, что в схеме нет широко используемых в таких случаях готовых интегральных фотоприемников. Сигнал принимается обычным ИК-фотодиодом, а усиление производится усилительными каскадами, выполненными на основе инверторов микросхемы 4069. Наличие шести инверторов в одном корпусе микросхемы 4069 позволяет весь датчик, как его приемную, так и передающую части выполнить на одной микросхеме 4069.

Рис. 7. Схема датчика пересечения ИК-луча на микросхеме 4069.

И так, схема показана на рис. 7. Как обычно, ИК-датчик работающий на отражение или пересечение луча состоит из передатчика ИК-луча и его приемника. Передатчик ИК-луча состоит из ИК-светодиода HL1 (здесь светодиод, такой как в пультах ДУ аппаратуры), токового ключа на транзисторах VТ1 и VТ2 и генератора импульсов частотой около 8-10 kHz. Импульсы с выхода мультивибратора на элементах D1.5 и D1.6 поступают через токовый ключ на VT1 и VT2 на ИК-светодиод HL1. Резистор R11 ограничивает ток через светодиод.

HL1 излучает ИК вспышки, следующие с частотой 8-10 kHz. Если существует видимость между HL1 и FH1, излученные вспышки воздействуют на фотодиод FH1 ив нем возникают импульсы тока. Благодаря резистору R1 они преобразуются в импульсы напряжения.

Переменное напряжение через конденсатор С1 поступает на первый усилитель на элементе D1.1. Его в усилительный режим переводит резистор R2. Далее, через С2 усиленное переменное напряжение поступает на усилитель на D1.2. В цепи ООС D1.2 есть резистор R3, который смещает его вход в сторону напряжения логической единицы.

В результате его выход смещен в сторону логического нуля. Поэтому, в отсутствие входного сигнала напряжение на С3 соответствует логическому нулю. Но при наличии входного сигнала за счет работы детектора на VD1 напряжение на С3 увеличивается до логической единицы.

Выходные импульсы формирует триггер Шмитта на элементах D1.3 и D1.4. Фотодиод РН302 можно заменить любым ИК-фотодиодом. Налаживание датчика сводится к подбору сопротивления R3, чтобы при отсутствии сигнала на выходе D1.4 был ноль, а при наличии сигнала - единица.

Везде вместо микросхемы 4069 можно попробовать микросхему К561ЛН2.

Тюльгин Ю.М. РК-2016-03.