Как сделать сумматор своими руками

Примеры изготовления телевизионного разветвителя
своими руками

Телевизионный краб (сплиттер, сумматор, разветвитель) – это радиотехническое устройство, предназначенное для подключения к одному или нескольким источникам телевизионного сигнала (кабельной сети, обыкновенной или спутниковой антенне) нескольких приемных устройств (телевизоров, видеозаписывающих устройств).

Попался мне на глаза самодельный разветвитель, который я сделал, когда появились первые видеомагнитофоны, и возникла необходимость смотреть по телевизору одну программу и одновременно записывать другую. Тогда и слово краб не употребляли, и такие устройства называли «Разветвитель телевизионного сигнала».

Конструкция разветвителя представляет собой плоскую коробку с заклепанными по углам четырьмя буксами с резьбой. Сверху коробка закрывается крышкой, сделанной из листа фольгированного стеклотекстолита, четырьмя винтами. Крышку можно сделать из любого металла, железа, латуни, таким образом, обеспечивается экранирование деталей разветвителя.

На крышке, с помощью винтами М2,5 и гайками закреплены три стандартных телевизионных разъема старого типа. Радиальные выводы разъемов припаиваются непосредственно к крышке. Таким образом, они соединяются между собой и обеспечивается электрический контакт с экраном.

Непосредственно на центральных выводах телевизионных разъемов навесным монтажом распаяны детали разветвителя.

Хоть и прошло с тех пор не один десяток лет, но электрическая принципиальная схема разветвителя не изменилась и все современные телевизионные крабы и сплиттеры сделаны по такой же электрической схеме. На фотографии принципиальная схема разветвителя для подключения двух телевизоров.

Для согласования между центральными выходами разъемов XW2 и XW3 установлен резистор номиналом 150 Ом. Трансформатор Т1 можно изготовить самостоятельно, намотав равномерно по кругу в два провода провод диаметром 0,2-0,3 мм на ферритовое кольцо проницаемостью 600-2000 наружным диаметром 7-10 мм. При распайке выводов трансформатора нужно соблюдать фазировку, начало обмоток обозначены точкой.

Этот разветвитель я и сейчас иногда использую, когда надо подключить два стоящих рядом телевизора для сравнения качества картинки или настройки.

Хоть в крабе и установлены розетки советского производства, но к нему можно подключать штекеры как советского производста, так и современные F-разъемы. При самостоятельном изготовлении телевизионного разветвителя можно вместо морально устаревших разъемов, установить современные телевизионные F-разъемы.

Как сделать телевизионный краб из подручного материала

Вы, наверное, удивились и подумали, что металлическая коробка с леденцами делает на странице о самостоятельном изготовлении телевизионного краба.

Да, это действительно коробка от леденцов, но их там уже нет, так как из нее сделан самодельный телевизионный краб, по техническим параметрам не уступающий любым другим промышленного производства.

Если открыть крышку и заглянуть в коробку, то сразу станет все понятно. Это самодельный телевизионный краб, выполненный по выше приведенной электрической принципиальной схеме, но вместо разъемов, соединения проводов выполнены методом пайки.

Такая конструкция краба вполне оправдана, телевизионный краб является стационарным устройством, устанавливается один раз и в дальнейшем место его установки менять не приходится. И самое главное, такой телевизионный краб можно сделать из любой металлической коробки от сапожного рема, конфет, кофе. Размер не имеет значения, главное чтобы вместились скобки крепления антенного кабеля и несколько радиоэлементов.

Для изготовления телевизионного краба необходимо в коробке сделать на уровне дна отверстия под телевизионный кабель и в дне коробки для крепежных скобок. Если стенки коробки тонкие, то отверстия лучше не высверливать, а продавить. Сначала проткнуть шилом, затем в полученное отверстие вставить жало маленькой отвертки и вращая надавливать. Отверстие будет увеличиваться. Меняя размер инструмента довести диаметр отверстия до внешнего диаметра телевизионного кабеля. Прижимные планки изготовить из любого металла. Продавленное отверстие хорошо тем, что не образуется острых кромок, которые могут прорезать кабель.

После подготовки коробки и прижимных планок нужно разделать телевизионный кабель. Очень важно при снятии изоляции не надсечь центральную жилу. Экранирующую оплетку кабеля удалять не надо, а завернуть ее на место прижима планкой.

Теперь нужно подготовленные концы телевизионного кабеля завести в отверстия коробки и закрепить прижимными планками. Зачищенные концы центральной жилы кабеля загнуть слегка вверх.

Осталось выполнить навесной монтаж трансформатора и резистора, закрыть крышку и телевизионный краб будет готов к работе. Если коробка небольшой глубины, то нужно проследить, чтобы оголенные участки деталей и центральной жилы кабеля не соприкасались с крышкой.

Если нет возможности достать ферритовое кольцо для изготовления трансформатора для телевизионного краба, то вместо него разветвитель можно сделать на резисторах по ниже приведенной электрической принципиальной схеме.

Все резисторы разветвителя имеют одинаковое сопротивление, которое в зависимости от количества подключаемых телевизоров к антенному проводу, вычисляется по приведенной формуле.

Например, для подключения к телевизионному крабу трех телевизоров, величина сопротивлений R будет равна 75 Ом × (3−1)/(3+1)=37,5 Ом. Из стандартного ряда ближайший по номиналу резистор 36 Ом, его и надо брать.

Ниже размещен онлайн калькулятор, с помощью которого можно рассчитать величину резисторов, для краба в зависимости от количества планируемых телевизоров или других приемников телевизионного сигнала для подключения.

Номинал резистора для изготовления краба, берется ближайший к расчетному, из стандартного ряда.

Самым надежным видом соединения радиодеталей является, конечно, пайка припоем. Но если нет возможности выполнить работу соединения в телевизионном крабе пайкой, то можно обойтись скруткой выводов.

Для надежного контакта достаточно вывод резистора плотно обвить тремя-пятью витками вокруг центральной жилы телевизионного кабеля. Контакт будет не такой надежный как при пайке, но вполне достаточный для стабильной работы телевизионного краба.

В качестве корпуса для самодельного краба можно использовать и пластмассовую коробку, если оклеить ее корпус и крышку изнутри станиолевой (алюминиевой) фольгой. Обязательным условием при этом является обеспечение электрического контакта фольги корпуса и крышки между собой, и с экранирующими оплетками телевизионных кабелей.

Для надежного контакта оплеток, перед зажимом их прижимными планками, нужно на каждый навить несколько витков куска любого медного провода.

Как сделать телевизионный разветвитель из трех резисторов

По технологии ранее описанной, снимается изоляция с концов каждого телевизионного кабеля, который будет участвовать в изготовлении разветвителя. Кабель необходимо разделать как на фотографии. Мне пришлось срезать внешнюю изоляцию полностью, так как попался советский кабель РК-75 с очень жесткой изоляцией. Если изоляция эластичная, то лучше ее разрезать вдоль и отогнуть, для того, чтобы после пайки резисторов вернуть на место, как в примерах разделки при наращивании телевизионного кабеля. Центральная жила каждого кабеля залуживается припоем и на нее надевается вывод резистора, согнутый в петельку.

Теперь достаточно капли припоя с паяльника и получается надежный контакт и прочное соединение. Для удобства работы, кабели, которые пойдут на телевизоры, параллельно прикладываются друг к другу и обвиваются несколькими витками изоляционной ленты.

Затем спаиваются экранирующие обмотки всех кабелей вместе. После этого вывод одного из резисторов формируется в петельку, выводы двух других продеваются в нее и каплей припоя паяльником спаиваются между собой.

Если внешняя оболочка кабеля была отогнута, то ее возвращают на место, таким образом, изолирую резисторы. В моем случае пришлось взять отрезок изоляционной трубки, разрезать ее вдоль и закрыть место соединения резисторов. Толстая изоляция в данном случае нужна для того, чтобы обеспечить минимально допустимое расстояние между центральной жилой кабеля, резисторов и экраном. Кембрик фиксируется витком изоленты таким образом, чтобы с двух его сторон оставалась открытая оплетка кабеля.

Далее место установки резисторов телевизионного разветвителя экранируется. Для этого нужно его обвить многожильным медным проводов витком к витку. Можно просто обернуть алюминиевой фольгой, а затем обвить несколькими витками провода, как на фотографии. Тут главное, чтобы экран имел электрический контакт с экранирующей оплеткой телевизионного кабеля.

В заключение разветвитель для придания эстетического вида покрывается несколькими слоями изоленты. Для придания жесткости и прочности желательно перед изоляцией подложить вдоль телевизионного кабеля металлическую полоску, но можно и из любого материала.

В конечном результате получился разветвитель, не хуже любого краба. Недостатком такой конструкции является отсутствие возможности оперативного переключения антенного кабеля.

Номиналы резисторов в зависимости от количества подключаемых телевизоров, рассчитываются по формуле, приведенной на странице выше. Вместо резисторов лучше использовать трансформатор, тогда будут меньше потери телевизионного сигнала.

Это неправильно, но в безвыходной ситуации допустимо центральную жилу антенного кабеля соединять с кабелями, идущими на телевизоры непосредственно друг с другом, без резисторов или трансформатора. Так как кабели не будут согласованы по волновому сопротивлению, то за такой разветвитель придется расплачиваться потерей качества просмотра телепередач. Возможны наводки от гетеродина подключенного параллельно телевизора (только когда оба телевизора работают одновременно) и небольшая окантовка на изображении. Такое подключение безопасно как для телевизоров, так и для кабельного оборудования или телевизионной антенны.

Источник

Сумматор на ОУ

Что такое сумматор

В общем смысле слова, сумматор – это какое-либо устройство, которое что-либо суммирует и выдает на выходе сумму этих воздействий. Сумматор можно представить в виде какого-либо неизвестного нам ящика, на который поступает входные воздействия и на выходе такого ящика выдается их сумма.

В электронике сумматоры делятся на две группы:

В этой статье мы будем разбирать аналоговые сумматоры.

Аналоговый сумматор

Если, допустим, цена нашего квадратика 1 В, то на данной картинке мы видим постоянное напряжение амплитудой в 1 В. Суммировать постоянное напряжение – одно удовольствие. Для этого достаточно сложить амплитуды этих сигналов в любой момент времени.

На рисунке ниже мы видим два сигнала A и B и сумму этих сигналов: A+B. Если сигнал A = 2 В, сигнал B = 1 В, то сумма этих сигналов составит 3 В.

Все то же самое касается и сигналов с отрицательной полярностью

Как вы видите, при сложении сигналов с равной амплитудой, но разной полярности, мы в сумме получаем 0. То есть эти два сигнала взаимно себя скомпенсировали: 1 +(-1)=0. Все становится намного веселее, если мы начинаем складывать сигналы, которые меняются во времени, то есть переменные сигналы. Они могут быть как периодические, так и непериодические.

Давайте для начала рассмотрим самый простой пример. Пусть у нас будут два синусоидальных сигнала с одинаковыми амплитудами, частотами и фазами. Подадим их на сумматор. Что получится в итоге?

А давайте сместим фазу одного из сигналов на 180 градусов, относительно другого, но при этом амплитуды и частоты сигналов оставим без изменения. Про такие сигналы говорят, что они находятся в противофазе. Как думаете, чему будет равняться их сумма? Долго не думая, смещаем второй сигнал на 180 градусов и суммируем их амплитуды в каждый момент времени. Нетрудно догадаться, что их сумма будет равняться нулю, что мы и видим на рисунке ниже.

Сложение двух сигналов в программном симуляторе

Но что, если нам надо сложить в теории два каких-нибудь два сложных сигнала с разными фазами, амплитудами, частотами? Здесь проще всего прибегнуть как различным симуляторам. Один из них – это Proteus. С помощью него я могу сложить два любых сигнала и посмотреть их сумму. Для этого выбираю синусоидальный генератор

Щелкаю два раза на генератор и задаю его параметры

Давайте сложим два наших синусоидальных сигнала с одинаковыми амплитудами, фазами и частотами, как во втором примере

Прописываем амплитуду и частоту каждого сигнала, остальное ничего не трогаем. Потом нажимаем “пуск”

Потом нажимаем правой кнопкой мыши на наш виртуальный осциллограф и нажимаем Digital Oscilloscope

Сигнал с канала B я немного сдвинул вниз, иначе он совпадает с сигналом А. Оно и неудивительно, так как это два идентичных сигнала.

Для того, чтобы найти их сумму, нам достаточно нажать на кнопку A+B

Получаем сумму двух сигналов

В таком виртуальном осциллографе можно складывать любые два сигнала.

Давайте сложим два таких сигнала

Нажимаем A+B и получаем вот такую сумму сигналов

А давайте сдвинем синусоидальный сигнал на 90 градусов по фазе. Имеем

В результате сумма сигналов будет

На моем реальном цифровом осциллографе тоже имеется такая функция

Здесь на примере ниже я суммирую два сигнала: синусоидальный и прямоугольный. Зеленая осциллограмма – это сумма двух этих сигналов.

Сумматор на ОУ

Инвертирующий сумматор

Как мы уже говорили еще в начале статьи: сумматор – это схема, которая суммирует два и более сигналов. Базовая схема сумматора на ОУ выглядит вот так:

Как и у инвертирующего усилителя, в схеме есть одна особенность. В точке E, где соединяются резисторы, находится потенциал виртуальной земли, о котором мы говорили еще в прошлой статье. Еще эту точку называют точкой суммирования сигналов.

Поэтому, сколько бы мы входных сигналов не подавали на такой сумматор, они не будут влиять друг на друга.

Как не трудно догадаться, для сложения двух сигналов

Формула примет вот такой вид:

Откуда в формуле знак “минус”? Так как эта схема сумматора построена на схеме инвертирующего усилителя, то на выходе будет сигнал со знаком “минус”.

Как можно просто сложить два сигнала без всякого усиления?

Неинвертирующий сумматор

Базовая схема будет выглядеть вот так:

Формулы для расчета

Поэтому, сумматор для двух сигналов будет выглядеть вот так:

Если взять R₅ = R₂ = R_3, то у нас будет простой сумматор с единичным коэффициентом усиления, который на выходе даст просто сумму двух входных сигналов.

Причем должно выполняться условие:

то есть в нашем случае отношение этих резисторов должно равняться 2.

Компенсационный резистор в схеме сумматора

Для борьбы с током смещения, в схему также добавляется компенсационный резистор.

Для схемы с двумя входными сигналами он вычисляется по простой формуле

Если входов больше, то его значение вычисляется по формуле

Как работает сумматор на ОУ на примере

Симуляция работы инвертирующего сумматора

Давайте рассмотрим работу нашего сумматора на ОУ в симуляторе Proteus.

На вход такого сумматора будет подавать синусоидальные сигналы с амплитудой в 1 В, но с разной частотой. На in1 у нас будет сигнал с частотой в 50 Гц, на in2 сигнал с частотой в 100 Гц и на in3 сигнал с частотой в 150 Гц. Как вы видите, все 3 резистора после сигналов имеют одинаковый номинал в 1 кОм для удобства расчета коэффициента усиления. То есть все сигналы будут усиливаться одинаково. Резистор R2 имеем номинал в 2 кОм. Это значит, что коэффициент усиления на выходе будет равен 2. То есть сумма сигналов будет помножена на коэффициент 2 и инвертирована.

Итак, для того, чтобы посмотреть сигналы как на экране осциллографа, можно также воспользоваться инструментом аналоговым анализатором

на рабочем поле появится окно Analogue Analysis

Для того, чтобы анализировать входы, просто переносим в наше окошко входы in1, in2, in3 и выход out, удерживая левую кнопку мыши

В результате увидим это

Потом нажимаем пробел и в большом окне уже видим все наши сигналы: и входные, и выходной. (нажмите на картинку, откроется в новом окне)

черная осциллограмма – это и есть сумма всех трех синусоид усиленная в 2 раза, но со знаком “минус”.

В чистом виде на выходе ОУ у нас будет только черная осциллограмма. Она является суммой всех входных сигналов, помноженная на 2, но со знаком “минус”.

Работа неинвертирующего сумматора

Итак, давайте соберем простой нормальный сумматор для, который бы просто складывал сигналы и на выходе выдавал нормальный неинвертированный сигнал. Для того, чтобы создать такой сумматор, наш коэффициент усиления должен быть равен единице, а на выходе мы должны инвертировать такой сигнал. Настало время использовать схему для неинвертирующего сумматора

Итак, все что мы хотим – это просто сложить три сигнала и посмотреть их сумму. И все! Не надо ничего усиливать и инвертировать. Поэтому, наша схема будет выглядеть вот так:

В этой схеме первый каскад на ОУ суммирует входные сигналы, а второй каскад просто инвертирует получившийся сигнал. В каждом усилителе коэффициент передачи равен 1, поэтому, никакого усиления сигнала в данной схеме не происходит.

Итак, осциллограмма со всеми сигналами

Если оставить на экране только осциллограмму выходного сигнала

Тот же самый эффект мы можем получить и с помощью схемы на одном ОУ, о которой я упоминал выше:

Давайте на его входы подадим два одинаковых синусоидальных сигнала, но в противофазе. То есть мы должны получить что-то типа этого

Проверяем симуляцию и видим, что сумма двух одинаковых сигналов в противофазе действительно равняется нулю

АЧХ и ФЧХ сумматора

Все вы помните, что реальный ОУ – это не идеальный радиоэлемент. С ростом частоты его усилительные свойства начинают падать. Для того, чтобы рассмотреть, как ведет себя сумматор на ОУ, давайте построим виртуальную АЧХ для математической модели ОУ LM358, который мы задействуем в схеме сумматора. На два входа мы будем подавать сигнал с одного и то же генератора. То есть в данном случае у нас на входы подаются два абсолютно идентичных сигнала.

Частота единичного усиления уже будет равняться 600 кГц

Если рассмотреть ФЧХ, то можно также заметить, что после 10 кГц начинает меняться фаза сигнала

Поэтому, при разработке всегда учитывайте неидеальность характеристик ОУ, которые также можно посмотреть в даташите.

Сравнение неинвертирующих сумматоров

Давайте сравним схему неинвертирующего сумматора на двух ОУ

и неинвертирующего сумматора на одном ОУ

Для более удобной симуляции мы на них будем подавать и суммировать один и тот же сигнал синусоидальный сигнал

Давайте рассмотрим, что же случится с выходным сигналами на ФЧХ. Как можно увидеть, сигнал неинвертирующего сумматора с двумя ОУ будет запаздывать по фазе больше, чем с одним ОУ. Это объясняется тем, что каждый ОУ вносит небольшую задержку.

Плюсы и минусы инвертирующего и неинвертирующего сумматора

Не забывайте, что инвертирующий сумматор на выходе будет давать сумму сигналов со знаком “минус”, умноженных на коэффициент усиления. Неинвертирующий сумматор выдаст на выходе просто сумму сигналов умноженных на коэффициент усиления. Также инвертирующий сумматор проще построить и рассчитать. Если вы создаете какой-либо микшер на основе сумматора, то для человеческого уха нет никакой разницы, инвертируемый сигнал на выходе или нет. Поэтому, в этом случае будет проще применить инвертирующий сумматор.

Применение аналогового сумматора

В настоящее время аналоговый сумматор используется в схемах, где надо суммировать два и более аналоговых сигналов. Это могут быть микшеры звукового диапазона, где надо объединить выходные сигналы от микрофонов, а также от устройств, которые создают различные спецэффекты и которые потом можно добавить к основной звуковой дорожке. Вся прелесть микшеров на ОУ заключается в том, что входные сигналы никак не влияют друг на друга. А также это могут быть схемы операционной обработки сигналов для выполнения арифметической обработки сигналов (сложение/вычитание).

Источник