Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

--- products:beambot:treniruet_reakciyu_na_svet [2025/09/29 15:18] – [BeamBOT тренирует реакцию на свет. Микросхема MCP6002] labuser30
+++ products:beambot:treniruet_reakciyu_na_svet [2026/02/14 19:38] (текущий) – labuser29
@@ Строка 1: / Строка 1: @@
 <php>require($_SERVER["DOCUMENT_ROOT"]."/interactive/interactive.php");</php>
+~~NOCACHE~~
 =====BeamBOT тренирует реакцию на свет. Микросхема MCP6002=====
-Для сравнения напряжений существуют специальные микросхемы — компараторы (от английского слова compare — сравнивать), но у них есть некоторые ограничения, которые усложнят сборку датчика света, который нам нужен. По этому мы будем использовать микросхему — операционный усилитель в режиме компаратора. В нашем наборе есть такая — самая маленькая из всех MCP6002, у нее всего восемь выводов, но целых два операционных усилителя внутри.
+Представь уличный фонарь, который зажигается сам, как только стемнеет. Внутри него установлен датчик освещенности, например, уже изученный нами фоторезистор. Но возникает вопрос как "объяснить" электронной схеме когда пора включать фонарь, а когда выключать?
+В основе лежит простая, но гениальная идея: сравнение двух напряжений. Одно напряжение – эталонное, от некоторого источника напряжения, регулируемое по желанию оператора- наладчика фонарей. Другое напряжение — сигнал с датчика света (фоторезистора).
+Опорное напряжение постоянно, его выставляет наладчик однажды. А напряжение с датчика освещенности изменяется: растёт, когда светлеет, и падает, когда темнеет.
+Электронная схема умного фонаря сравнивает напряжения от фоторезистора с эталонным напряжением. Когда напряжение от датчика света превышает эталонное – схема выключает фонарь, иначе – включает.
+Для сравнения напряжений существует специальная микросхема –  компаратор (от английского compare –  сравнивать) –  непрерывно задаёт вопрос: «Сигнал с улицы стал больше, чем наш порог?» Ответы:
+  *  Нет (темно) → Выход «1» → Фонарь зажёгся.
+  *  Да (светло) → Выход «0» → Фонарь погас.
+Вот так, через простое сравнение напряжений, автомат «понимает», что наступила ночь. Мы будем использовать микросхему операционного усилителя MCP6002 в режиме компаратора.
+В нашем наборе она есть – самая маленькая из всех MCP6002, у нее всего восемь выводов, но зато два операционных усилителя внутри. Операционные усилители в MCP6002 по умолчанию (без присоединения дополнительных компонентов) работают в режиме компараторов. Для упрощения мы дальше так и будем их называть –  компараторами или пользоваться сокращением ОУ.
 <php>pinlab_draw_picture("beambot/treniruet_reakciyu_na_svet/OA");</php>
-Выводы 4 и 8 используются для подключения питания «-» и «+» соответственно. У первого операционного усилителя (ОУ) входы подключены к выводам 2 и 3, а выход к 1. Второй ОУ подключен к выводам 5, 6, 7. Входы ОУ подписаны знаками «-» — инвертирующий и «+» — неинвертирующий. Названия конечно сложные, но смысл их простой. Когда напряжение на входе «+» превышает напряжение на входе «-», выход ОУ переходит в состояние «высокого» уровня напряжения или логической «1». И наоборот напряжение на входе «+» выше напряжение на входе «-», то на выходе состояние «низкого» уровня или логического «0». Логический уровень «1» означает, что напряжение примерно равно напряжению «+» питания, а «0» — близко к «-» питания или по-другому к «земле».
+Выводы 4 и 8 используются для подключения питания микросхемы. У первого компаратора входы подключены к выводам 2 и 3, а выход к 1. Второй компаратор подключен к выводам 5, 6, 7. Входы компараторов подписаны знаками «+» –  неинвертирующий *прямой) и «-» –  инвертирующий (обратный). Названия, конечно, сложные, но смысл  простой. Когда напряжение на входе «+» превышает напряжение на входе «-», выход компаратора переходит в состояние «высокого» уровня напряжения, или логического «1». И наоборот – напряжение на входе «+» ниже напряжение на входе «-», то на выходе состояние «низкого» уровня, или логического «0». Логический уровень «1» означает, что напряжение примерно равно напряжению «+» питания, а «0» –  близко к «-» питания, или, по-другому, к «земле».
-В дальнейшем на схемах мы не будем рисовать батарейку, а будем использовать отдельные значки для «+» и земли. Давай соберем нашу первую схему с использованием ОУ.
+В дальнейшем на схемах мы не будем рисовать батарейку, а будем использовать отдельные значки  «+» и «-» («земля). Соберем нашу первую схему с использованием ОУ (компараторов).
+==== Схема эксперимента ====
 <php>pinlab_draw_picture("beambot/treniruet_reakciyu_na_svet/scheme1");</php>
-~~NOCACHE~~
+В схеме есть два делителя напряжения. Первый это подстроечный резистор R3, средняя точка которого подключена к неинвертирующему «+» входу компаратора. Это наш источник опорного напряжения. С его помощью мы можем настраивать порог срабатывания нашего датчика.
+Второй делитель образуют фоторезистор R1 и резистор R2, его средняя точка подключена к инвертирующему «-» входу. Это сигнал от внешнего датчика, который мы будем сравнивать с опорным с помощью компаратора.
+==== Таблица компонентов ====
 <php>pinlab_bom("beambot/treniruet_reakciyu_na_svet/scheme1.mont");</php>
+==== Монтажная схема ====
 <php>pinlab_draw_instruction("beambot/treniruet_reakciyu_na_svet/scheme1.mont");</php>
-Поверни ручку подстроечного резистора сначала до конца по часовой стрелке, светодиод при этом должен загореться, после чего потихоньку поворачивай в обратную сторону, пока светодиод не погаснет. Теперь если ты закроешь фоторезистор светодиод загорится. Можешь попробовать настроить датчик при другом освещении. Отлично, у нас получился умный датчик света с широким диапазоном регулировки. Как он работает? В схеме есть два делителя напряжения. Первый это подстроечный резистор R3, средняя точка которого подключена к неинвертирующему «+» входу компаратора. С его помощью мы можем настраивать порог срабатывания нашего датчика. Второй делитель образуют фоторезистор R1 и резистор R2, его средняя точка подключена к инвертирующему «-» входу. Поле настойки напряжение на входе «+» больше чем на входе «-», соответственно на выходе компаратора логический уровень «1», а светодиод не горит так как подключен плюсом к выходу. Когда ты закрываешь фоторезистор напряжение на средней точке делителя возрастает и компаратор переключается.
-Схема хорошо работает, но когда датчик срабатывает мы получаем на выходе логический «0», а если ты помнишь для включения транзистора или канала микросхемы ULN2003A на нужен высокий уровень, т.е. логическая «1». Давай попробуем это исправить в следующей схеме.
+Поверни ручку подстроечного резистора сначала до упора против часовой стрелки светодиод при этом должен загореться, после чего потихоньку поворачивай в обратную сторону, пока светодиод не погаснет. Теперь если ты закроешь фоторезистор светодиод загорится. Можешь попробовать настроить датчик при другом освещении.
+Отлично, у нас получился умный датчик света с широким диапазоном регулировки.
+После настойки напряжение на входе «+» меньше чем на входе «-», соответственно на выходе компаратора логический уровень «0». Индикатором состояния выхода компаратора является светодиод VD1: горит — логический уровень «1», не горит — «0». Когда ты закрываешь фоторезистор его сопротивление увеличивается, напряжение на средней точке второго становиться меньше чем на «+» и выход компаратора переключается в состояние логической «1».
+У этой схемы есть недостаток, который сказывается, если очень плавно затенять фоторезистор. В какой-то момент светодиод будет гореть вполсилы или мерцать, а это означает, что мы в определенный момент не будем получать четкого сигнала «1» или «0», это недопустимо в цифровой электронике. Недостаток можно исправить добавлением всего одного резистора.  Попробуем.
+==== Схема эксперимента ====
 <php>pinlab_draw_picture("beambot/treniruet_reakciyu_na_svet/scheme2");</php>
-~~NOCACHE~~
+==== Таблица компонентов ====
 <php>pinlab_bom("beambot/treniruet_reakciyu_na_svet/scheme2.mont");</php>
+==== Монтажная схема ====
 <php>pinlab_draw_instruction("beambot/treniruet_reakciyu_na_svet/scheme2.mont");</php>
-Новая схема работает также как и предыдущая, только светодиод VD1 загорается совсем слабо. Почему так и что мы изменили в схеме? В первую очередь мы подключили светодиод наоборот, теперь он должен включаться логическим уровнем «1» на выходе компаратора. Но из-за особенности микросхемы LM393 что бы получить логический уровень «1» выход компаратора нужно "потянуть" к «+» питания, что мы и сделали с помощью резистора R4 c сопротивлением 10 кОм. Резистор мы взяли с большим сопротивлением, чтобы при логическом «0» на выходе компаратора через резистор не было большой утечки тока, но из-за этого светодиод VD1 загорается слабо. Кроме того в резисторном делители мы поменяли местами фоторезистор R1 и R2 резистор, если бы мы этого не сделали светодиод горел бы когда светло, и гас в темноте.
+Новая схема работает также как и предыдущая, но теперь как бы плавно ты не затенял фоторезистор, у тебя не получиться заставить его мерцать. Этого мы добились благодаря добавлению положительной обратной связи соединив резистором R5 выход компаратора с его «+» входом.
+<WRAP center round tip 60%>
+Обратная связь  — это процесс передачи части выходного сигнала устройства обратно на его вход. Она бывает положительной (увеличивает исходный сигнал, используется в генераторах) и отрицательной (уменьшает сигнал, но повышает стабильность и качество работы усилителей).
+</WRAP>
-Схема работает неплохо, но хотелось бы зажигать светодиод на полную яркость. Давай воспользуемся для этого нашим старым знакомым — транзистором, и соберем следующую схему.
+В предыдущей схеме напряжение срабатывания на входе «+», заданное подстроечным резистором, было одинаковое при переходе от «0» к «1» и наоборот от «1» к «0». Теперь же когда на выходе компаратора логическая «1», обратная связь немного увеличит напряжение заданное потенциометром на входе «+», и наоборот когда на выходе «0», то напряжение на входе «+» немного уменьшиться.
-**СХЕМЫ3**
+Получившаяся разница между немного уменьшенным и немного увеличенным напряжением называется гистерезисом. __Гистерезис__ – это свойство системы дополнительно сопротивляться изменению состояния.
-Отлично, теперь светодиод загорается на полную яркость. Мы добавили в схему транзистор VT1 и токоограничительный резистор R5 для светодиод VD1. Базу транзистора мы подключили в выходу компаратора.
+Чтобы наглядно убедиться как работает гистерезис в нашей схеме замени резистор R5 со 100 кОм на 10 кОм и попробуй плавно затенять/освещать фоторезистор.
-У последней схемы есть небольшой недостаток, который можно попробовать поймать очень плавно затеняя фоторезистор. В какой-то момент светодиод будет гореть в полсилы или мерцать, а это означает что мы в какой-то момент не будем получать четкого сигнала «1» или «0». Как это исправить мы разберемся уже в следующем уроке.
+----
+[[products:beambot:uchitsya_reagirovat_na_svet|☚ Предыдущий ]] |
+[[products:beambot|Содержание]] |
+[[products:beambot:ispolzuet_reakciyu_na_svet| Следующий ☛]]