Paso 3: Revisar los esquemas para familiarizarse con el diseño del telémetro
Diseño del transmisor
El ultrasonido es un simple circuito de oscilador astable 555 con una frecuencia de 40KHz y un ciclo de trabajo cerca del 50% (es decir, salida de onda cuadrada). Usé la topología del circuito en la hoja de datos para un oscilador astable. No tiene sentido "reinventar la rueda" cuando un circuito perfectamente bueno es proporcionado por el fabricante.
El oscilador es encendido y apagado vía común colector de Q1 conectado a la 555 reset pin. Un gran activo en la base de Q1 saca el chip 555 temporizador de reset y oscilación comienza. Una baja tensión en Q1 tira abajo el pin de reset del 555 a través de R2 y la oscilación se detiene. Q1 aísla lógica de control de la corriente de reset de 555 temporizador y asegura la tensión de reset se sitúe por debajo de la nominal 500mV indicado en la hoja de datos como el pin TE cae por debajo de 1V. El oscilador 555 no requiere el perno de tensión de Control (Pin 5) por lo que se omite a tierra a través de C1 como se recomienda en la hoja de datos.
Según la hoja de datos del IC 555, dos fórmulas para determinar la frecuencia de oscilación y el ciclo de trabajo de la salida del transmisor:
Frecuencia = 1 / (0,693 * (R4 + 2 * (R5 + R6)) * C2)
Ciclo de trabajo = (R5 + R6) / (R4 + 2 * (R5 + R6))
La ecuación del ciclo de deber indica que para una salida cerca de 50% relación de encendido/apagado, el valor de R4 debe ser muy bajo en comparación con el valor combinado de R5 y R6. Sin embargo, porque el conector de descarga irá bajo a la descarga de C2 el valor de R4 no puede ser tan bajo como causa el 555 IC a superar su disipación de potencia máxima. La hoja de datos proporciona algunas orientaciones sobre la saturación de pin de descarga recomendada actual (entre 4.5mA y 15mA). Una corriente de 5mA saturación fue elegida para que podría usarse una común resistencia de 1K para R4 (es decir, 5V/5mA = ohmios de 1 K).
En esta configuración de circuito más que el ciclo de lavado puede ser prácticamente es alrededor 49%, por lo que valor se utiliza como punto de partida para determinar el valor de R5 y R6.
Reorganizando la ecuación del ciclo de deber para resolver para la combinación de resultados de R5 y R6:
R5 + R6 = R4 / ((1 / DutyCycle)-2).
Observa en la ecuación anterior que el denominador da lugar a una singularidad en el ciclo de deber del 50%.
Sustituir los valores conocidos: ciclo de trabajo = 0.49, R4 = 1000 ohmios
R5 + R6 = 1000 / ((1 / 0.49)-2) = 24.500 ohmios
Ahora para comprobar si la resistencia anterior puede utilizarse con un valor de condensador estándar.
Reordenando la ecuación de frecuencia para solucionar para C2 resultados en:
C2 = 1 / (F * 1.386 * (R5 + R6))
Sustituir los valores conocidos: F = 40, 000Hz, R5 + R6 = 24.500 ohmios
C2 = 1 / (1.386 * 40000 * 24500) = 736pF
Yo prefiero usar los valores de condensador de disco más comunes para evitar costes potencialmente altos y fuente de problemas, así que para este diseño redondeado al .001uF (aka 1000pF).
Ahora que se ha elegido un valor adecuado para C2, reordenando la ecuación de frecuencia para ajustar el valor de R5 + R6 resulta en:
R5 + R6 = 1 / (F * 1.386 * C2)
Sustituir los valores conocidos: F = 40.000 KHz, C2 =.000000001 faradios
R5 + R6 = 1 / (1.386 * 40000 *.000000001) = ohmios 18.038
Por lo general trato de elegir una combinación de valores para R5 y R6 de modo que la frecuencia de destino se obtiene cuando la R6 se ajusta cerca de su punto medio. Esto permite suficiente espacio para ajustar la frecuencia del oscilador hacia arriba o hacia abajo según sea necesario. Así que elegí una resistencia de 12K Ohm para R5 y un trimmer de 10K para R6. Mediante el ajuste de R6 a alrededor de 6 K ohmios, el deseado 18K Ohms se logra con un montón de espacio para ajustar para una exacta cerca 40KHz.
Ahora que han sido elegidos los valores adecuados para R5, R6 y C2, la ecuación estándar de ciclo de servicio se puede utilizar para verificar que el ciclo de lavado deseado es cerca del 50%:
Ciclo de trabajo = (12000 Ohms + 6000 ohmios) / (1000 ohmios + 2 * (12000 Ohms + 6000 Ohms)) = 48.6%
Casi perfecto! El último paso es agregar un controlador a la salida del IC 555.
La hoja de datos IC 555 indica que el pin de salida (Pin 3) fuente y fregadero 200 mA de corriente, pero no en el Vcc nominal aplicado al chip. Para obtener el oscilación del voltaje más alto posible a través de transmisor XT1, usé un emisor común Q2 en paralelo. Cuando la salida del IC 555 es baja, XT1 se conduce cerca de Vcc a través de R7. Cuando es alta la salida del IC 555, Q2 derivaciones XT1 conducir su voltaje a casi cero. R7 limita la desviación Vcc corriente a través de Q2 a 5mA mientras protege XT1 de corriente de carga excesiva. R3 fue elegido para que Q2 satura completamente cuando el pin de salida del IC 555 va alta. Transmisor XT1 se comporta como un circuito resonante en paralelo LC sintonizado a 40KHz con Q de alrededor de 40. Por lo tanto, Q2 sirve otro propósito importante: XT1 amortiguación para que la salida de ultrasonido corta en 1 ms después de la 555 IC está deshabilitado.
