Как изготавливаются модули памяти?

Вы когда-нибудь задавались вопросом, из чего изготавливается ОЗУ и как производится память? Мы можем подробно рассказать вам о строго регламентированном процессе производства высококачественной памяти в нашей компании.

Существуют разные типы памяти, но все они изготавливаются одинаково. Подробнее о свойствах различных типов памяти читайте здесь. Подробнее о различных типах серверной памяти читайте здесь.

Часть I. От кремния до готовой полупроводниковой пластины

Микросхемы памяти — это интегральные схемы с различными транзисторами, резисторами и конденсаторами, которые должны быть сформированы на каждой микросхеме. Эти интегральные схемы в самом начале представляют собой кремний, который обычно извлекается из песка. Превращение кремния в микросхемы памяти — это очень точная, тщательная процедура, требующая участия инженеров, металлургов, химиков и физиков. Память производится на большом объекте под названием fab (предприятие по производству интегральных схем), который содержит множество чистых помещений. Микросхемы полупроводниковой памяти производятся в чистых помещениях, потому что схема настолько мала, что даже крошечные кусочки пыли могут повредить ее. Основной объект Micron находится в Бойсе, штат Айдахо, и занимает более 1,8 миллиона квадратных футов. Его помещениям был присвоен класс 1 и класс 10 по уровню чисты. В чистом помещении класса 1 есть не более 1 частицы пыли в кубическом футе воздуха. Для сравнения, чистая современная больница имеет около 10 000 частиц пыли на кубический фут воздуха. Воздух внутри чистой комнаты фильтруется и циркулирует непрерывно. Члены производственной команды носят специальные головные уборы, халаты и маски, которые помогают сохранить воздух чистым.

Шаг 1. Кремниевые слитки

Первым шагом трансформации кремния в интегральную схему является создание чистого, монокристаллического цилиндра, или слитка, который сделан из кремния и имеет размер 330 миллиметров в диаметре. После этого кремниевые слитки нарезаются на тонкие высокополированные полупроводниковые пластины толщиной менее шести миллиметров. Элементы микросхемы (транзисторы, резисторы и конденсаторы) затем монтируются слоями на кремниевой полупроводниковой пластине. Затем создаются схемы, проверяемые с помощью моделирования и совершенствуемые с помощью компьютерных систем. После завершения этого процесса изготавливаются стеклянные фотомаски — одна маска на каждый слой схемы. Фотомаски представляют собой непрозрачные пластины с отверстиями или прозрачными участками, которые позволяют свету просачиваться по определенной схеме, и эти маски необходимы для следующего этапа производственного процесса — фотолитографии.

Шаг 2. Фотолитография

В среде стерильных чистых помещений полупроводниковые пластины подвергаются многоступенчатому фотолитографическому процессу, который повторяется один раз для каждой маски, требуемой схемой. Маски используются (а) для определения различных компонентов транзистора, конденсатора, резистора или разъема, которые завершат интегральную схему, и (б) для определения шаблона схемы для каждого слоя, на котором изготавливается устройство. В начале производственного процесса кремниевые полупроводниковые пластины покрываются тонким слоем стекла, а затем нитридным слоем. Стеклянный слой формируется путем взаимодействия кремниевой полупроводниковой пластины с кислородом при температурах 900 градусов Цельсия в течение часа или более в зависимости от того, насколько толстым должен быть слой. Стекло (диоксид кремния) образуется, когда кремниевый материал в пластине подвергается воздействию кислорода. При высоких температурах эта химическая реакция (называемая окислением) происходит очень быстро.

Шаг 3. Фоторезист

Затем пластину равномерно покрывают толстой светочувствительной жидкостью, называемой фоторезистом. Части полупроводниковой пластины выбираются для экспозиции, тщательно выравнивая маску между источником ультрафиолетового света и пластиной. В прозрачных областях маски свет проходит и обнажает фоторезист. Под воздействием ультрафиолетового излучения фоторезист подвергается химическому изменению, что позволяет раствору проявителя удалять экспонированный фоторезист и оставлять не подвергнутую воздействию часть на полупроводниковой пластине. Для каждой маски схемы процесс фотолитографии/нанесения фоторезиста повторяется.

Шаг 4. Протравливание

На стадии травления влажный кислотный или плазменный сухой газ помещают на пластину для удаления части нитридного слоя, который не защищен закаленным фоторезистом. Это оставляет характерный узор нитрида на полупроводниковой пластине в точном дизайне маски. Когда затвердевший фоторезист удален (очищен) другим химическим веществом, на пластине могут быть выгравированы сотни микросхем памяти.

Часть II. Нанесение материалов на полупроводниковую пластину и завершение схемы

В первой части производственного процесса изготавливаются все элементы схемы (транзисторы, резисторы и конденсаторы). На следующих этапах все эти компоненты соединяются вместе, создавая слоистую конструкцию.

Шаг 5. Нанесение алюминия

Чтобы начать соединение компонентов схемы, на полупроводниковую пластину наносится изолирующий слой стекла (называемый BPSG), а контактная маска используется для определения точек контакта (или окон) каждого из элементов схемы. После того, как контактные окна вытравлены, в распылительной камере вся полупроводниковая пластина покрывается тонким слоем алюминия. Когда металлическая маска наносится на алюминиевый слой, образуется сеть тонких металлических соединений или проводов, создающих путь для схемы.

Шаг 6. Пассивация

Затем всю пластину покрывают изолирующим слоем стекла и нитрида кремния, чтобы защитить ее от загрязнения во время сборки. Это защитное покрытие называется пассивирующим слоем. Затем происходит маскирование и протравливание пассивации, в результате чего материал удаляется с терминалов, называемых контактными площадками. Теперь свободные контактные площадки используются для электрического соединения матрицы с металлическими штифтами на пластмассовой или керамической упаковке — вот и готова интегральная схема. Перед тем, как полупроводниковая пластина будет отправлена на сборку матрицы, проводится проверка каждой интегральной схемы на пластине. Определяются функциональные и нефункциональные микросхемы, и информация о них помещается в файл данных компьютера. Затем с помощью алмазного резца полупроводниковая пластина разрезается на отдельные микросхемы. Нерабочие микросхемы отбрасываются, а остальные переходят к следующему этапу — сборке. Эти отдельные микросхемы называются матрицами. Перед тем, как матрица помещается в капсулу, она монтируются на выводные рамки, на которых тонкие золотые провода соединяют контактные площадки матрицы с рамками, создавая «электрический путь» между матрицей и контактными выводами.

Часть III. Подготовка матрицы и испытания

В части II производственного процесса была создана интегральная схема, а готовая полупроводниковая пластина была разрезана на матрицы. На следующих этапах матрица подготавливается к помещению в модуль.

Шаг 7. Инкапсуляция

Во время инкапсуляции выводные рамки помещаются на формовочные плиты и нагреваются. Расплавленный пластик прижимается к каждой матрице для формирования ее индивидуальной упаковки. Форма открывается, и выводные рамки выдавливаются и очищаются.

Шаг 8. Гальваностегия

Гальваностегия является следующим этапом, на котором инкапсулированные выводные рамки «заряжаются» при погружении в раствор олова и свинца. Здесь ионы олова и свинца притягиваются к электрически заряженной выводной рамке, что приводит к образованию однородного осадка с покрытием, увеличивая проводимость матрицы и обеспечивая чистоту поверхности для монтирования матрицы.

Шаг 9. Обрезка и формовка

На этапе обрезки и формовки выводные рамки загружаются в машины для резки и формовки, где формируются провода, а затем микросхемы отделяются от рамок. Отдельные микросхемы затем помещаются в антистатические трубы для обработки и транспортировки в тестовую зону для окончательного тестирования.

Шаг 10. Отбраковочные испытания

При отбраковочных испытаниях каждая микросхема проверяется на предмет производительности в условиях ускоренного напряжения. Отбраковочные испытания — неотъемлемый этап производства, отвечающий за надежность модуля. С помощью тестирования модулей в условиях повышенной нагрузки мы можем отбраковать несколько модулей в каждой партии, которые могут выйти из строя при минимальном использовании. Для проведения отбраковочных испытаний мы используем ведущие в отрасли печи AMBYX, разработанные нашими инженерами специально для такого рода тестирования. После того, как микросхемы проходят отбраковочное тестирование, они проверяются, герметизируются и готовятся к сборке.

Шаг 11. Изготовление и сборка печатных плат

Когда микросхемы готовы, их нужно каким-то образом соединить с материнской платой вашего компьютера. Печатная плата (PCB) решает эту проблему, предоставляя возможность подключения микросхем к материнской плате. Для этого микросхемы крепятся на печатную плату (PCB), и в конечном итоге получается готовое изделие — модуль памяти. Печатные платы встроены в массивы или листы, которые состоят из нескольких одинаковых плат. После сборки массив разделяется на отдельные модули подобно тому, как шоколадная плитка может быть разбита на более мелкие квадраты. Меняя общее количество печатных плат на массив в зависимости от их размера, компании Micron удается использовать сырье максимально эффективно.

Часть IV. Сборка модуля

В части III производственного процесса происходит подготовка матрицы и печатной платы, которые затем собираются в модуль памяти. Заключительные шаги производства модуля представляют собой сборку готового изделия.

Шаг 12. Трафаретный оттиск

Когда дизайн модуля завершен и все платы изготовлены, начинается сборка модуля памяти! Сборка представляет собой замысловатый процесс пайки, которая прикрепляет микросхемы памяти к плате. Это начинается с трафаретного оттиска. При трафаретном оттиске трафарет используется для помещения паяльной пасты на готовую плату. Паяльная паста — это липкое вещество, используемое для крепления микросхем к плате. Использование трафарета гарантирует, что паяльная паста будет помещена только в те места, где будут прикреплены компоненты (микросхемы). Точки склеивания легко найти благодаря фидуциалам — меткам на плате, которые определяют, где нужно размещать микросхемы. После нанесения паяльной пасты автоматизированное оборудование «pick and place» сканируют фидуциалы, чтобы определить, где на плате размещать микросхемы. Машины «pick and place» запрограммированы на то, чтобы распознавать, куда нужно помещать микросхемы, поэтому, когда машина выбирает микросхему из фидера и размещает ее на плате, она точно знает, куда ее потом поместить. В процессе размещения микросхем все оставшиеся компоненты будут помещены на свои места. Из всех этапов производства памяти этот является самым быстрым: микросхемы размещаются на готовой плате всего за несколько секунд!

Шаг 13. Пайка и крепление

Затем собранные микросхемы и платы проходят через печь. Тепло расплавляет паяльную пасту в жидкость. При охлаждении припой затвердевает и надежно скрепляет микросхемы памяти и печатную плату. Поверхностное натяжение расплавленного припоя предотвращает неправильное выравнивание микросхем во время этого процесса. После приклеивания микросхем массив разделяется на отдельные модули. Сотрудники Micron проводят визуальную проверку каждого модуля. Многие модули также проходят дополнительные проверки с использованием автоматизированного рентгеновского оборудования для подтверждения качества пайки всех соединений. Все модули памяти Micron соответствуют критериям приемки IPC-A-610 — общепринятого в мире стандарта.

Шаг 14. Проверка качества после сборки

Затем Micron проверяет и маркирует модули. Мы используем настраиваемое оборудование для автоматического тестирования производительности и функциональности изделий. Это устраняет любую возможность ошибочного помещения оператором неисправного модуля в партию, готовящуюся к отправке. Некоторые модули имеют «идентификационный код», который ваш компьютер распознает и считает.

Шаг 15. Отправка

Перед отправкой памяти производителям компьютеров и потребителям для окончательной проверки качества случайным образом выбирается статистически значимая часть готовых модулей. После подтверждения пригодности модули помещаются в пластиковые антистатические лотки и мешки и подготавливаются к отправке. После многоэтапного производственного процесса ваша память готова к использованию. Она прошла тщательную проверку и получила подтверждение качества! Подробнее о модулях памяти читайте здесь!

Справочник «Цифровые Интегральные Микросхемы»

Справочник «Цифровые Интегральные Микросхемы» [ Содержание ]

---

2.4.3 Микросхемы типа ЛЕ, ЛЛ

Как отмечалось в предыдущем разделе, функцию ИЛИ-НЕ можно реализовать с помощью логического элемента И-НЕ (рис. 2.8.а), переименовав его логические уровни (такой способ непрактичен) или применив специальную ИС ИЛИ-НЕ (рис. 2.13.а), где напряжение низкого уровня Н соответствует логическому нулю, а напряжение высокого уровня В-логической единице. т. е. как и в ранее приводимых ИС.

Рис. 2.13а. Принципиальная схема логического элемента

В таких элементах ТТЛ используются не один, а два многоэмиттерных транзистора VT1, VT4 и параллельное соединение двух транзисторов в фазоразделительном каскаде (VT2, VT3). Для получения инверсии добавлен обычный выходной каскад с транзистором-повторителем VT5 и ключевым транзистором VT6. Условное обозначение элемента ИЛИ-НЕ и таблица состояний для двухвходового элемента приведены в табл. 2.13,б.

Таблица состояний

Логический элемент	Вход		Выход
	А	B	Q(/ИЛИ)
	0	0	1
	0	1	0
	1	0	0
	1	1	0

На рис. 2.14 приведена наиболее распространенная типовая схема логического элемента ИЛИ-НЕ на два входа.

Рис. 2.14. Типовая принципиальная схема элемента 2ИЛИ-НЕ

Каждый из корпусов ИС типа ЛЕ, ЛЛ содержит от двух до четырех логических элементов.

Цоколевки микросхем типа ЛЕ и ЛЛ н их условные графические обозначения даны на рис. 2.15, а основные параметры приведены в табл. 2.4.

Рис. 2.15. Условные обозначения и цоколевки микросхем типа ЛЕ и ЛЛ

Микросхема ЛЛ1 содержит четыре двухвходовых элемента ИЛИ, а ЛЛ2 — два двухвходовых элемента ИЛИ с мощным открытым коллекторным выходом.

Микросхемы ЛЕ2, ЛЕЗ имеют для каждого четырехвходового элемента вход разрешения EI (Enable input), а один из элементов ЛЕ2 имеет, кроме того, выводы расширения числа входов Р и /Р. Во время действия команды ЕI разрешается (или запрещается) прием сигнала по входу логического элемента. Для подачи такой команды на микросхему необходимо предусмотреть дополнительный вывод разрешения по входу EI. Если по этому входу запрещается прием сигналов, то он обозначается как инверсный /EI.

На рис. 2.16 показана схема организации входа разрешения, управляемого инверсной командой. Транзисторы VT1 и VT4 имеют дополнительные, объединенные эмиттеры, образующие вход /EI.

Рис. 2.11а. Принципиальная схема логического элемента с дополнительным входом разрешения EI

Если на этот вход /EI подать напряжение низкого уровня Н, то входные токи транзисторов VT1 и VT4 через переключатель S1 будут замыкаться на корпус. Поэтому основные входы А и В не смогут принять никакую комбинацию сигналов высокого и низкого уровней. На выходе Q будет зафиксировано напряжение высокого уровня независимо от уровней сигналов на входах А и В. Если на вход разрешения /EI подать сигнал высокого уровня В, то прохождение сигналов со входов А и В будет разрешено. Если входы А и В обьединить и подать на них последовательность импульсов, то на выходе Q она появится в инверсной форме.

Таблица состояний логического элемента.

	Вход		Выход
	/EI	A, B	/Q
	1	0 1	1 0
	0	0 1	1

Среди логических элементов ИЛИ-НЕ имеются два буферных с мощными выходами — ЛЕ5, ЛЕ6. Для них допустимый ток нагрузки порядка 70 мА.

---

Новые микросхемы LinkSwich для построения AC/DC-преобразователей

Новые микросхемы LinkSwich для построения AC/DC-преобразователей

   LinkSwitch — название новой серии микросхем фирмы Power Integration для построения сетевых обратноходовых преобразователей AC/DC малой мощности. Эти преобразователи применяют в маломощных сетевых изолированных источниках питания, в проводных и беспроводных телефонах, проигрывателях CD, бытовой аппаратуре в качестве источника питания дежурного режима, зарядных устройствах и везде, где требуется небольшая мощность источника — от 2 до 5 Вт. Серия состоит из микросхем LNK500 и LNK5O1. По сути, — это один и тот же кристалл, разница только в проценте разброса выходного напряжения. У LNK500, при включении без обратной связи, разброс выходного напряжения больше, соответственно и цена ниже. У LNK5O1 — наоборот.

   В состав микросхем входят (рис. 1): высоковольтный силовой ключ — транзистор POWER MOSFET, компаратор ограничения тока, узел температурной защиты, схема мягкого запуска, усилитель ошибки, генератор, ШИМ компаратор. Микросхемы изготавливаются в корпусах типа DIP-8B (вариант Р, рис. 2) и SMD-8B (вариант G), у которых отсутствует один вывод.

Рис. 1
Состав микросхемы

   В состав микросхем входят (рис. 1): высоковольтный силовой ключ — транзистор POWER MOSFET, компаратор ограничения тока, узел температурной защиты, схема мягкого запуска, усилитель ошибки, генератор, ШИМ компаратор. Микросхемы изготавливаются в корпусах типа DIP-8B (вариант Р, рис. 2) и SMD-8B (вариант G), у которых отсутствует один вывод.

Рис. 2
Корпус типа DIP-8B

   Преобразователи на основе этих микросхем получаются достаточно компактными, так как в них используется небольшое количество компонентов. Причем плата преобразователя получается гораздо меньше размером и массой, чем трансформатор соответствующей мощности на 50 Гц. Встроенные в микросхему узлы позволяют уменьшить число навесных компонентов, упрощая монтаж и увеличивая надежность системы. Рабочая частота микросхемы — 42 кГц. При такой частоте упрощается фильтрация выходных напряжений преобразователя. Обе микросхемы применяют в преобразователях не только на фиксированное входное напряжение, но и на расширенный диапазон (85…265 В). Как правило, в дешевой аппаратуре, не требующей высокой стабильности выходного напряжения, используется схема включения без обратной связи (рис. 3). Нестабильность выходного напряжения увеличивается при этом до ±10% у LNK501 и до ±20% — у LNK500. Для устройств с высокими требованиями к стабильности питающего напряжения используется схема включения с обратной связью (рис. 4).

Рис. 3
Схема включения без обратной связи

Рис. 4
Схема включения с обратной связью

   Микросхемы соответствуют стандартам EcoSmart, Energy Star, Blue Angel и рекомендациям ЕС. При отсутствии нагрузки и напряжения в сети 265 В они потребляют менее 300 мВт, причем для контроля тока микросхемы не нуждаются во внешнем токовом сенсоре.

   Назначение выводов:

   D (сток) — соединен со стоком мощного MOSFET-транзистора, по нему подводится питание ко всей схеме управления. Вывод имеет соединение с внутренней схемой ограничения тока.

   С (управление) — вход усилителя ошибки, схемы обратной связи по току (регулировка рабочего цикла) и управления схемой ограничения тока. Встроенный параллельный регулятор подключен к внутреннему источнику тока в нормальном состоянии.Вход также используется для подключения сглаживающего конденсатора и конденсатора компенсации/авторестарта.

   S (исток) — является выходом мощного ключа для подключения нагрузки, выходом схемы управления первичной обмоткой.

Описание работы типовой схемы преобразователя AC/DC

   Включение питания

   В течение процесса подачи напряжения, конденсатор СЗ (рис. 3, 4), включенный между выводами С и S микросхемы, заряжается сквозным током от входа D через внутренний источник тока. Когда напряжение на выводе С достигает значения 5,6 В относительно вывода S, ток прекращается, внутренняя управляющая схема активируется и транзистор MOSFET начинает коммутировать первичную обмотку. В этот момент заряд на конденсаторе СЗ используется для питания управляющих цепей микросхемы.

   Поддержание заданного тока

   Форма выходного напряжения повторяет наклон кривой напряжения приложенного к первичной обмотке трансформатора. Ток I_С (рис. 5) на выводе С нарастает. Когда значение I_С сравняется с I_DCT, внутренняя схема ограничивает нарастание I_С по достижении порога I_LIM. Внутренняя схема обеспечивает V-образную форму I_С для поддержания нормального питания во время просадок напряжения.

Рис. 5
Характеристики, характеризующие режимы работы

   Поддержание заданного напряжения

   Когда ток I_С превышает значение I_DCS (рис. 5), уменьшается скважность импульсов. Так как значение I_С зависит от напряжения питания, рабочий цикл ограничивается в зависимости от пикового тока, устанавливаемого внутренней цепочкой управления ключом (откуда и название LinkSwitch). В зависимости от положения рабочей точки на графиках рис. 5 микросхема работает либо в режиме поддержания напряжения, либо тока. При минимуме входного напряжения (в случае использования микросхемы в блоке питания с универсальным входом) этот переход происходит приблизительно при 30% скважности. Когда скважность будет менее 4%, уменьшается частота переключений, чтобы снизить потребляемую энергию. Номинал резистора R1 (рис. 3) вследствие этого выбирается таким, чтобы обеспечить равенство токов I_C и I_DCT, когда V_OUT принимает желаемые значения при минимуме входного напряжения.

   Режим авторестарта

   При возникновении каких-либо отклонений в работе, наприме, прикоротком замыкании или обрыве нагрузки, прекращается ток на выводе С микросхемы. Конденсатор СЗ разряжается до напряжения 4,7 В. При этом активируется схема авторестарта, которая закрывает транзистор MOSFET и переводит управляющую схему в режим низкого потребления мощности. В режиме авторестарта микросхема периодически запускается, но переходит в нормальный режим только после устранения неисправности.

   На регулировку выходного напряжения влияет напряжение на конденсаторе С4, которое в свою очередь зависит от ЭДС самоиндукции первичной обмотки трансформатора. Резистор R3 и конденсатор С4 образуют фильтр, на котором выделяется напряжение ошибки.

   На рис. 4 показана типовая схема включения микросхем с оптроном обратной связи. В первичных целях добавлены элементы R4, С5 и транзистор оптрона DA2. Светодиод оп-трона включен во вторичной цепи вместе с элементами R5, R6, VD7. Резистор R6 задает рабочий ток VD7. Резистор R5 ограничивает сквозной ток через светодиод оптрона и VD7. Как только напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т1 превышает порог открытия светодиода и стабилитрона, фототранзистор открывается и шунтирует резистор R4, увеличивая напряжение на конденсаторе С4. Изменение напряжения на этом конденсаторе вызывает уменьшение скважности импульсов, подаваемых на мощный ключ, и как следствие уменьшение напряжения на стороне вторичной обмотки.

Рис. 6
Выходная характеристика микросхем

   Выходная характеристика микросхем показана на рис. 6.

Микросхемы TDA8362, TDA8395, TDA4661, TDA4665 » Вот схема!

Микросхемы TDA8362, TDA8395, TDA4661 (или TDA4665) производятся фирмой PHILIPS и являются основой большинства аналоговых телевизоров, производимых в Европе (или для Европы). Микросхема TDA8362 — универсальный малосигнальный аналоговый телевизионный процессор, это значит, что микросхема содержит полный тракт обработки сигнала начиная с выхода высокочастотного преобразователя (тюнера) и до каскадов выходного усиления видеосигналов основных цветов, усилителя мощности ЗЧ и выходных каскадов строчной кадровой развертки.

Микросхема содержит тракт УПЧИ и второй ПЧЗ, тракт яркости и цветности по стандартам PAL и NTSC, схему синхронизации и задающих генераторов разверток, схему регулировки громкости, вставки сигналов телетекста, компьютера или отображения символов регулировки на экране телевизора.

Микросхема имеет раздельные выводы для питания строчной развертки и остальных цепей, что позволяет очень просто блокировать строчную развертку для режима дежурного выключения (STAND-BY). Для создания полного тракта микросхему нужно дополнить емкостной линией задержки на другой микросхеме — TDA4661 или TDA4665.

Чтобы получить возможность режима SECAM нужно добавить еще TDA8395 — микросхему содержащую полный тракт цветности по системе SECAM с минимумом внешних навесных элементов (микросхема фактически включается параллельно собственному тракту цветности TDA8362, а переключение происходит отключением выходов внутренней системой опознавания стандарта).

TDA8362 имеет такие особенности.
Усилитель ПЧ имеет симметричный вход, что позволяет использовать фильтр на ПАВ. Синхронный демодулятор и система формирования напряжения ошибки для АПЧГ (автоподстройка частоты тюнера) имеют один LC контур на выводах 2 и 3.

Система АРУ доя своей работы использует информацию о амплитуде синхроимпульсов или пиков уровня белого, что снижает зависимость работы АРУ от уровня помех или шумов. Время реакции системы АРУ задается конденсатором, подключенным к выводу 48, а рабочая точка изменения напряжения устанавливается изменением постоянного напряжения на выводе 49. Напряжение АРУ снимается с вывода 47.

С выхода предварительного усилителя (вывод 7) видеосигнал через ФНЧ, удаляющий составляющую второй ПЧЗ, поступает на коммутатор видеовходов (вывод 13), который может использоваться для сопряжения с видеомагнитофоном.

Составляющая второй ПЧЗ с выхода предварительного видеоусилителя (вывод 7) через полосой фильтр поступает на вход тракта У ПЧЗ, особенность которого в том, что и поступление входного сигнала ПЧ и регулировка громкости (или блокировка) выполняется по одному и тому же выводу — 5. Частотный детектор ПЧЗ не имеет внешних резонансных или фазосдвигающих цепей. Предварительный УЗЧ тоже имеет вход для приема внешнего аудиосигнала (от видеомагнитофона) — вывод 6, а переключение (телевидео) происходит по выводу I.

На схему синхронизации сигнал поступает по внутренним цепям Система строчной синхронизации имеет две пегли автоматического регулирования для генерации универсального стробимпульса. Строчный генератор не нуждается в предварительной установке частоты строк, для её стабилизации используется сигнал от кварцевого генератора тракта цветности. Кадровый генератор имеет делитель частоты для автоматической настройки частоты кадров и в регулировке тоже не нуждается.

С выхода коммутатора видеосигнал поступает на режекторный и полосовой фильтры, имеющиеся внутри микросхемы, которые разделяют сигналы цветности и яркости. В усилителе яркости происходит фиксация уровня черного, а затем усиленный сигнал через емкостную линию задержки сигнала яркости (в составе микросхемы) поступает на матрицу основных цветов.

Регулировка яркости и контрастности происходит в выходных усилителях основных цветов. Между яркостной матрицей и этими усилителями включены коммутаторы, которые позволяют сделать вставку телетекста и отображения символов (выводы 22, 23, 24 и вывод 21 — управление коммутаторами).

Сигнал цветности поступает на универсальный PAL / NTSC декодер с автоматическим выбором системы.

С выхода демодулятора цветоразностные сигналы (выводы 30 и 31) поступают на корректирующую емкостную линию задержки на TDA4661 (TDA4665), и с её выходов на схему восстановления постоянной составляющей, в которой происходит регулировка цветовой насыщенности путем изменения уровней цветоразностных сигналов.

Электрические параметры микросхемы TDA8362.

Напряжение питания…………………………………6,7… 10В (номинал 8…9В).
Ток потребления при отсутствии входных сигналов не более….. 80 мА.
Чувствительность УПЧИ не хуже…………………………………. 70 мкв.
Дифференциальное входное сопротивление УПЧИ…………1200 ом.
Входная емкость УПЧИ…………………………………не более 5 пф.
Максимальный диапазон регулировки усиления УПЧ системой АРУ……64 дб.
Амплитуда выходного видеосигнала (номинал)………………………2,4 В.
Уровень вершин синхроимпульсов на выходе видеоусилителя…………2,7 В.
Выходное сопротивление видеоусилителя……………………………………48 ом.
Отношение сигнал/шум видеоусилителя не хуже……………………………… 55 дб.
Минимальное значение сигнала ПЧ на входе УПЧИ при котором начинает работать система АРУ…… 200 мкв.
Максимальный размах выходного напряжения АРУ, на тюнер…….. 2 В.
Уровень внешнего видеосигнала, поступающего на коммутатор…………. 0,95В
Уровни внешних RGB сигналов вставки (телетекста)……………………….0,7В
Чувствительность УПЧ звука не хуже………………………………….. 1 мв.
Входное сопротивление УПЧЗ………………………………………………….2,6 ком
Входная емкость УПЧЗ…………………………………………………………… 6 пф.
Среднеквадратическое значение выходного ЗЧ сигнала…………………..0,65В
Диапазон регулировки громкости…………………………………………….. 80 дб.
Чувствительность внешнего входа аудиосигнала………………………….0,35 В
Уровень среза строчной синхронизации…………………………………….. 50%
Полоса захвата частот строчной синхронизации………………………. +/- 900гц
Максимальный выходной ток генератора строчной развертки……… 10мА
Диапазон кадровой синхронизации……………………………………….45…64 гц
Выходной ток кадрового генератора……………………………………… 1 мА
Выходное напряжение обратной связи кадр, генератора 2,5В (переменная сост. 1 В)
Время задержки емкостной линии задержки яркостного сигнала …… 260 нc
Полоса пропускания яркостной линии задержки……………………….. 6 мгц
Выбросы по переднему и заднему фронтам яркостной Л3…………….. 140 c
Диапазон автоматической регулировки усилителя цветности……………….. 26 дб
Диапазон захвата системы ФАПЧ кварц, генератора………………………. +-400 гц
Амплитуды цветоразностных сигналов на выходах демодулятора….. 425 мв
Уровень, при котором происходит гашение RGB сигналов (для вставки) ….. 4 В
Амплитуды выходных сигналов основных цветов (на плату кинескопа)………4В
Все напряжения регулировок должны изменяться в пределах…… 0…5В.

Микросхема TDA4661 (TDA4665).

Интегральная линия задержки с корректором, задерживающая сигналы на время действия одной строки — 64 мкс. Предназначена для работы с микросхемами, вырабатывающими положительные цветоразностные сигналы.

Микросхема имеет два гребенчатых фильтра, для реализации задержки используется метод переключения конденсаторов. Микросхема имеет минимальное количество навесных элементов и не требует настройки. Имеется схема фиксации уровня, что упрощает подключение микросхемы (через конденсаторы). Линия задержки имеет матрицу суммирования прямых и задержанных сигналов.

Сигналы на выходы микросхемы поступают через буферные усилители, уменьшающие степень воздействия входных цепей микросхемы TDA8362 (или другой) на работу ФНЧ. Схема тактируется внутренним тактовым генератором на частоту 3 мгц такая частота необходима для формирования задержки в 64 мкс. Линия задержки выполнена на двух строковых запоминающих устройствах, раздельных для каждого цветоразностного сигнала. С них сигналы поступают на устройства дискретизации с запоминанием отсчетов, и далее на ФНЧ, подавляющие тактовые сигналы.

Внутренний генератор синхронизируется универсальным строб-импульсом, поступающим на вывод 5 от TDA8362. Микросхема подавляет перекрестные помехи яркость-цветность.

Электрические параметры TDA4661 (TDA4665):

Напряжение питания на первом выводе…………………………………….. 5,3…6В
Ток потребления по первому выводу…………………………………………. 2 мА
Напряжение питания на втором выводе…………………..5.3…6В, ток 8 мА.
Значение входного сигнала R-Y PAL от пика до пика…………………. 0,525 В
Значение входного сигнала B-Y PAL от пика до пика………………….. 0,675 В
Значение входного сигнала R-Y SECAM от пика до пика………………1,05 В
Значение входного сигнала B-Y SECAM от пика до пика………………1,35 В
Усиление сигналов PAL…………………………..5,5 дб, SECAM………….. (-0,5дб).

Принципы построения, функционирования и диагностики микросхем семейства DP104, применяемых в источниках питания мониторов Samsung

В очень многих моделях мониторов Samsung, а также в мониторах других торговых марок, выпускаемых по OEM соглашениям с Samsung, применяются микросхемы семейства DP104, к которому относятся DP304, DP704, DP308 и другие. Любой специалист, сколько-нибудь серьезно занимающийся ремонтом мониторов, сталкивался с этими микросхемами. И, наверняка, у него появлялась масса вопросов, типа: «Что это такое и как это работает?», «Каким образом это можно проверить?» и «Где это можно приобрести?». Постараемся дать ответы на большую часть подобных вопросов и, постараемся, наконец-то, разобраться со всеми нюансами работы и диагностики данных микросхем.

 

Микросхема DP104, как впрочем, и другие «DP-шки», относятся к микросхемам класса SPS (Samsung Power Switch) – силовые ключи от Samsung. Микросхемы данного класса объединяют в себе две функции:

1. Функцию мощного ключа.

2. Функцию управляющей микросхемы.

Управляющий модуль, входящий в состав SPS, обеспечивает функционирование ключа в режиме широтно-импульсной модуляции – ШИМ (PWM), а также обеспечивает силовой ключ различными защитами. Внешний вид и блок-схема силового ключа типа SPS, представлены на рис.1, а описание контактов приводится в табл.1.

Рис.1   Блок-схема и внешний вид микросхемы DP 104

 

Таблица 1. Назначение контактов DP 104

№	Обознач.	Функция
1	DRAIN	Сток внутреннего FET транзистора. Этот контакт подключается к первичной обмотке импульсного трансформатора.
2	GND	Общий. Контакт для подключения к «земле». Внутри этот контакт соединен со стоком FET транзистора.
3	VCC	Вход питающего напряжения. Этот контакт также используется и как вход для сигнала защиты от превышения напряжения (OVP).
4	VFB	Вход сигнала обратной связи, который используется для стабилизации выходных напряжений источника питания. Через этот контакт также осуществляется и защита от короткого замыкания в нагрузке (OCP).
5	SYNC	Вход сигнала синхронизации, который осуществляет подстройку рабочей частоты микросхемы под параметры строчной развертки. Контакт также используется для обеспечения функции «мягкого» старта.

Функциональная схема SPS-ключа и минимально-необходимые для его работы внешние компоненты изображены на рис.2.

Рис.2   Типовой источник питания на базе DP104

Рассмотрим принципы запуска и функционирования микросхемы.

 

Цепь запуска

Микросхемы SPS спроектированы таким образом, чтобы запускаться при малых пусковых токах, величиной около 0.1 мА. В составе SPS имеется схема UVLO (Under Voltage Lock Out – отключение при понижении входного напряжения), гарантирующая, что питающее напряжение равно величине, полностью делающей микросхему работоспособной. Схема UVLO защищает микросхему от работы при низком питающем напряжении.

 

Рис.3  Схема запуска и схема UVLO микросхемы DP 104

Схемы запуска и UVLO представлены на рис.3. Схема UVLO начинает функционировать, когда на контакте 3 напряжение достигает величины 15В (рис.4). Величина тока, потребляемого микросхемой в момент запуска, составляет всего 0.1 мА – это позволяет минимизировать потери мощности. Однако после запуска микросхемы, величина потребляемого тока резко возрастает.

 

Рис.4 Гистерезис запуска и выключения микросхемы DP104 

Схема UVLO отключает микросхему в момент, когда питающее напряжение падает ниже 9В, т.е. процесс включения/выключения представляет собой гистерезис величиной 6В. Этот гистерезис предотвращает беспорядочные включения и выключения микросхемы во время подачи напряжения, т.к. в течение почти 40 мс после ее запуска наблюдаются колебания питающего напряжения (рис.5). И если в течение этого времени микросхема SPS выключится, то для ее перезапуска придется полностью отключить питающее напряжение.

 

Рис.5  В момент включения на линии питания наблюдаются колебания в течение 40 мс

Внутренний стабилитрон Vz обеспечивает ограничение величины питающего напряжения на уровне 32В. Это предотвращает разрушение микросхемы под воздействием высоковольтного напряжения. Если напряжение питания становится выше 32В, стабилитрон открывается и весь входной ток течет через него. В результате, напряжение на входе «+» компаратора «Сброс при включении питания» становится ниже 6.5В, и компаратор на своем выходе формирует сигнал блокировки микросхемы. Компаратор «Сброс при включении питания» никак не связан со схемой UVLO и не питается опорным напряжением Vref.

После того как микросхема запустится, ее внутренний источник опорного напряжения начинает формировать напряжение Vref величиной 5В, которое используется для питания цепей управления. Величина напряжения Vref не зависит от температурных колебаний кристалла микросхемы и не зависит от колебаний питающего напряжения. Работа источника опорного напряжения разрешается сигналом от схемы UVLO. Напряжение Vref предназначено для формирования различных внутренних напряжений смещения, а также для управления логикой схемы контроля опорных напряжений. Опорное напряжение никак не используется схемой UVLO и компаратором «Сброс при включении питания».

 

Рис.6  Пусковая цепь блоков питания мониторов Samsung SynMaster 550B/750S

Процесс запуска DP104 рассмотрим на примере блока питания мониторов Samsung SyncMaster 550B и 750S. Пусковая цепь этих блоков питания приведена на рис.6, а их запуск происходит следующим образом:

1) Если переключатель SW601 находится в разомкнутом состоянии (монитор выключен), то к катоду диода D606 приложено напряжение менее 5В. Это напряжение создается делителем, состоящим из резисторов R609, R610 и R605.

2) Когда переключатель SW601 переводится в состояние «включено», пусковой ток начинает протекать через резисторы R609, R610, обеспечивая медленный заряд конденсатора С609. Напряжение конденсатора является напряжением Vcc, прикладываемым к конт.3 микросхемы DP104.

3) В момент, когда конденсатор зарядится до 15В, схема UVLO запустит преобразователь, и в дополнительной обмотке импульсного трансформатора T601 появятся импульсы, которые выпрямляются диодом D606 и сглаживаются конденсатором C609. В результате на конденсаторе C609, а значит и на конт.3 DP104 создается напряжение величиной 18-19В, которое и является нормальным питающим напряжением.

Процесс запуска DP104 поясняют осциллограммы основных сигналов на рис.7.

 

Рис.7  Алгоритм процесса запуска микросхемы DP104

 

Цепь «мягкого» старта

«Мягкий» старт подразумевает плавное нарастание длительности импульсов, открывающих силовой ключ. В результате ток через ключ и все выходные напряжения не сразу становятся максимальными, начинают монотонно нарастать. Такой плавный запуск позволяет предотвращать появление повышенного выходного тока блока питания, а, значит, и снижать вероятность отказа элементов источника питания в момент включения. Поэтому можно говорить, что наличие схемы «мягкого» старта является обязательным атрибутом современного импульсного преобразователя напряжения.

При рассмотрении принципа «мягкого» старта DP104 обратимся к части схемы источника питания монитора Samsung SyncMaster 550B, представленной на рис.8.

 

Рис.8  Схема «мягкого старта» микросхемы DP104 в составе монитора  Samsung SyncMaster 550B

Когда микросхема включена и нормально функционирует, в средней точке диодов (аноды D1, D2 и D3) устанавливается напряжение 3.15В. Это напряжение можно получить простым вычислением по формуле 1 для эквивалентной цепи, изображенной на рис.9 (сопротивлением открытого диода пренебрегаем).

Рис.9  Эквивалентная схема внутреннего делителя

Источником тока 0.9мА обеспечивается заряд конденсатора C610 до напряжения 3.15В, что приводит к установке этого потенциала на конт.4. При этом на входе компаратора ШИМ-логики напряжение будет соответствовать величине 0.9В (вычисляется по формуле 2). Напряжения 3.15В на входе микросхемы и 0.9В на входе внутреннего компаратора, соответствуют максимальной длительности управляющих импульсов, т.е. соответствуют максимальному току преобразователя.

 

Цепь «мягкого» старта подключается к конт.5 и состоит, главным образом, из конденсатора C611. Кроме того, в состав цепи входит еще и внутренний диод D3. Заряд конденсатора C611 будет происходить значительно медленнее, чем заряд конденсатора C610, что обусловлено разностью в номиналах их емкостей (C611=1мкФ, С610=47нФ). В момент запуска микросхемы DP104 оба конденсатора разряжены, и начинают заряжаться источником тока 0.9 мА. В результате часть тока ответвляется на зарядку конденсатора С611, что, естественно, приводит к уменьшению тока, заряжающего С610.

В момент заряда С611 потенциал средней точки диодов D1, D2 и D3 уменьшается – этот потенциал составляет уже не 3.15В, а равен величине напряжения на С611 плюс 0.7В (падение напряжения на D3). В результате, и на «минусовом» входе компаратора ШИМ-логики потенциал также будет ниже 0.9В, что приведет к уменьшению длительности рабочего цикла управляющих импульсов. Постепенно, по мере заряда C611, потенциал в средней точке диодов растет; растет напряжение на входе компаратора и увеличивается длительность управляющих импульсов.

Когда конденсатор С611 зарядится до величины 3.15В, диод D3 закроется, и напряжение на С610 сразу же достигает максимального значения 3.15В. Напряжение на входе компаратора также становится максимальным – 0.9В, длительность управляющих импульсов растет, и ток преобразователя увеличивается. Далее регулировка этого тока осуществляется только лишь за счет обратной связи, напряжение которой прикладывается к конт.4.

Конденсатор же C611 заряжается до 5В за счет внутреннего резистора Rc. Конденсатор мягкого старта C611 разряжается, когда схема UVLO отключает DP104. Это позволяет повторить процесс «мягкого» старта при повторном перезапуске.

Диаграммы, поясняющие суть работы схемы «мягкого» старта, представлены на рис.10.

 

Рис.10  Алгоритм работы схемы «мягкого старта» в DP104

 

Цепь синхронизации

Так как микросхема DP104 разработана специально для применения в мониторах, она должна иметь возможность синхронизироваться со строчной разверткой. Наличие функции синхронизации является отличительной особенностью импульсных регуляторов, применяемых в мониторах, от регуляторов общего назначения.

Синхронизация позволяет сделать так, чтобы шумовые помехи на изображении, вызванные переключением мощного транзистора источника питания, возникали во время обратного хода луча по строке. В результате, эти помехи оказываются невидимыми. Для такой синхронизации источника питания используется импульс обратного хода, вырабатываемый в выходном каскаде строчной развертки.

 

Рис.11 Схема синхронизации DP104 с блоком строчной развертки

Рассмотрим функционирование цепи синхронизации по рис.11. Внешний сигнал синхронизации подается на конт.5 микросхемы DP104. Этот сигнал не должен быть меньше чем -0.6В, что обеспечивается резистором R614 и диодом D607. Напряжение сигнала синхронизации на рис.11 обозначено, как Vrs. После того, как «мягкий» старт завершится, на конденсаторе C611 создается напряжение величиной 5В. В момент, когда импульс синхронизации активизируется, напряжение Vrs «накладывается» на 5В конденсатора С611, в результате чего на конт.5 появляется импульс амплитудой более 7В. Внутренний компаратор синхронизации сравнивает это напряжение с опорным напряжением 7.2В и формирует на своем выходе сигнал Vcomp, который изменяет частоту переключения триггера задающего генератора. В отсутствии сигнала синхронизации задающий генератор работает с частотой собственных колебаний.

Рис. 12 Сигналы контрольных точек цепи синхронизации

Форма сигналов в контрольных точках цепи синхронизации DP104 приведены на рис.12 и по ним можно сделать следующие замечания:

1) Сигнал AFC (автоматическая подстройка частоты) снимаемый с выходного каскада строчной развертки прикладывается к разделительному трансформатору T602. Импульс ЭДС, наводимый во вторичной обмоткеТ602, создает ток через дифференциальную цепь, состоящую из C612 и R614. Отрицательная часть продифференцированного сигнала «срезается» диодом D607, в результате остается только часть отрицательного выброса величиной около 0.6-0.7В (падение напряжения на открытом диоде). Таким образом получается сигнал Vrs амплитудой около 3В.

2) Полученный сигнал Vrs прикладывается к нижней по рисунку обкладке конденсатора С611, напряжение на котором составляет 5В. Напряжение сигнала Vrs суммируется с постоянным напряжением 5В, и результирующий сигнал с амплитудой около 8В прикладывается к конт.5 микросхемы DP104.

3) В момент, когда импульс на конт.5 достигнет величины 7В или выше, внутренний компаратор перестроит частоту генератора под параметры входного сигнала.

 

Цепь обратной связи

Модуль обратной связи SPS DP104 выполняет две основные функции:

— регулировка напряжения Vfb;

— обеспечение функции «задержка отключения».

Импульсный трансформатор состоит из первичной и вторичной части. В то время как во вторичной части находятся лишь вторичные обмотки, в первичной части трансформатора имеются и первичная обмотка и третичные обмотки. Третичные обмотки бывают двух типов, в соответствии с выполняемыми ими функциями:

— третичная обмотка для создания питающего напряжения Vcc микросхемы DP104;

— третичная обмотка для формирования напряжения обратной связи Vfb.

Естественно, что в данном разделе мы рассматривать обмотку обратной связи.

Регулировка и стабилизация выходных напряжений источника питания осуществляется модуляцией ширины импульсов, управляющих затвором FET транзистора. Ширина этих импульсов определяется путем сравнения напряжения Vfb, подаваемого на конт.4 микросхемы, с напряжением, которое формируется на резисторе токового датчика — Rsense . Наличие встроенного токового датчика (резистора Rsense) и узкополосного фильтра позволяет снизить количество внешних элементов микросхем семейства SPS.

Функционирование цепи обратной поясняет схема на рис.13.

 

Рис.13  Цепь обратной связи микросхемы DP104

Напряжение обратной связи Vfb при нормальном функционировании блока питания должно находиться в диапазоне от 0В до 3.15В. Напряжение обратной связи Vfb, равное 3.15В, соответствует максимальному значению тока FET-транзистора, а уменьшение напряжения Vfb приводит к уменьшению этого тока (рис.14). Величина Vfb определяется напряжением на конденсаторе C610, который заряжается источниками тока 0.9мА и 4мкА, входящими в состав DP104. Разряд конденсатора C610 обеспечивается внешним транзистором Q602. Источник тока 0.9мА обеспечивает заряд C610 в момент запуска микросхемы (см. раздел «мягкий» старт), а источник тока 4мкА поддерживает заряд конденсатора уже после того, как диод D1 закроется.

 

Рис.14 Уменьшение напряжения обратной связи FB приводит к уменьшению тока FET транзистора

Напряжение Voff используется для блокировки работы микросхемы SPS при отсутствии нагрузки.

Основные элементы цепи обратной связи представлены на рис.15. Рассмотрим функционирование этого каскада.

1) Для формирования напряжения обратной связи используется третичная обмотка, в которой при работе DP104 наводятся импульсы, выпрямляемые диодом D614 и сглаживаемые конденсатором C630. Это напряжение открывает стабилитрон ZD601, в результате чего создается ток Iz, величина которого прямопропорциональна величине всех выходных напряжений источника питания. Этим током открывается Q602, в результате чего начинает изменяться потенциал конт.4 микросхемы DP104.

2) Если нагрузка вторичной цепи уменьшается, то это ведет к увеличению напряжения Vout. Часть энергии передается в третичную обмотку обратной связи, что в итоге приводит к увеличению тока Iz. Транзистор Q602открывается и через его коллектор начинает протекать ток внутреннего диода D2. В результате, потенциал средней точки диодов уменьшается, т.е. уменьшаетcя и ток диода D1. Напряжение на «-» входе компаратора падает, что ведет к уменьшению длительности управляющих импульсов FET-транзистора, т.е. ведет к уменьшению тока через первичную обмотку импульсного трансформатора. Как следствие, все вторичные выходные напряжения уменьшаются, т.е. обеспечивается их стабилизация.

3) При уменьшении же вторичного напряженияVout все процессы происходят в обратном порядке, т.е.: ток Iz уменьшается – транзистор Q602 призакрывается – ток коллектора Q602 уменьшается – уменьшается ток диода D2 – потенциал средней точки диодов и ток диода D1 возрастают – возрастает напряжение на «-» входе компаратора – длительность управляющих импульсов возрастает – ток первичной обмотки растет – выходные напряжения увеличиваются, т.е. стабилизируются.

4) Рассмотренный выше процесс стабилизации осуществляется импульсным методом, т.е. происходит периодически, но в очень короткие моменты времени, когда к катоду ZD601 прикладывается напряжение 6.8 — 6.9В (в этот момент времени начинает протекать ток Iz). Напряжение 6.8 — 6.9 В получается за счет суммирования двух напряжений: напряжения перехода база-эмиттер транзистора Q602 (Vbe=0.6-0.7В) и порогового напряжения стабилитрона ZD601 (6.2 В).

 

Рис.15  Типовое построение и основные элементы цепи обратной связи микросхемы DP104

 

Токовая защита

Токовая защита, она же защита от коротких замыканий (OCP – Over Current Protection), обеспечивает отключение микросхемы SPS в случае обнаружения слишком большого тока в выходных цепях источника питания. Токовая защита организована через контакт обратной связи (конт.4). Сигнал обратной связи является нормальным, когда его величина меньше 3.15В, но больше 0В. Если сопротивление на выходе источника питания падает, или в цепи обратной связи возникает какая-либо другая проблема, должна начать свое функционирование цепь «задержка отключения», образованная компаратором токовой защиты, конденсатором C610 и источником тока 4мкА. Цепь «задержка отключения» изменяет режим заряда конденсатора обратной связи C610. Напомним, что этот конденсатор заряжается внутренними источниками тока микросхемы, а разряжается внешним транзистором Q602, который открывается током цепи обратной связи. При возникновении короткого замыкания в нагрузке, все выходные напряжения а, значит, и напряжение обратной связи уменьшаются практически до нуля. Уменьшение сигнала обратной связи приводит к прекращению тока Iz и закрыванию транзистора Q602. И вот в момент, когда разряд конденсатора C610 прекратится из-за полного закрывания транзистора Q602, цепь «задержка отключения» начинает заряд конденсатора до более высокого потенциала. Поясним принцип функционирования цепи токовой защиты, используя рис.16.

 

Рис.16  Цепь токовой защиты микросхемы DP104

1) Если уровень напряжения обратной связи на конт.4 больше 0В, но в то же самое время не превышает 3.15В, заряд конденсатора C610 осуществляется источником тока 0.9 мА через диод D2. При этом форма зарядного тока С610 представляет собой кривую (Т1 на рис.17).

2) Когда потенциал на конденсаторе С610 достигнет уровня 3.15В и превысит его, диод D2 закрывается, и заряд конденсатора будет осуществляться источником тока 4мкА. Форма зарядного тока С610 на этом этапе становится практически прямолинейной (T2 на рис.17). В это время через транзистор FET протекают максимальные токи.

3) Когда напряжение на конденсаторе С610 достигнет величины порядка 7.5 – 8В, компаратор OCP переключится и сформирует сигнал отключения.

4) Микросхема DP104 блокируется и для ее повторного запуска необходимо обеспечить перезапуск питающего напряжения, т.е. микросхему необходимо выключить и снова включить. Эта функция обеспечивается цепью «Сброс при включении питания». После того как срабатывает блокировка, конденсатор C610 заряжается до потенциала VCC источником тока 4мкА и именно напряжение устанавливается на конт.4 до тех пор, пока микросхема не перезапустится.

 

Рис.17 Функционирование токовой защиты DP104

 

Защита от превышения напряжений

Схема защиты от превышения напряжений (OVP – Over Voltage Protection) обеспечивает защиту вторичной части блока питания в том случае, если величина выходных напряжений становится недопустимо большой. Защита от превышения организована через контакт питающего напряжения микросхемы SPS (конт.3). Если в цепи обратной связи возникнет какая-либо неисправность, например, сигнал обратной связи будет оборван, выходные напряжения начнут очень быстро увеличиваться, т.к. микросхемой будет обеспечиваться режим максимальных токов, что в итоге может привести к очень серьезным последствиям. Задача схемы OVP заключается в том, чтобы в этом случае определить аварийный режим работы и отключить микросхему SPS.

 

Рис.18  Цепь питания DP104

На рис.18 показана цепь питания микросхемы DP104, и из этого рисунка видно, что после запуска микросхема питается от третичной обмотки импульсного трансформатора. Импульсы этой обмотки выпрямляются диодом D606 и

сглаживаются конденсатором C609. Полученное, таким образом, напряжение подается на конт.3 микросхемы DP104.

Если все функционирует правильно, то на конт.3 создается потенциал порядка 18 — 20В. Однако как только в цепи обратной связи возникают проблемы, напряжение на C609 начинает нарастать очень и очень быстро, т.к. в этом случае импульсы в третичной обмотке изменяют свою амплитуду мгновенно.

Напряжение конт.3 сравнивается внутренним компаратором OVP с опорным напряжением 25В. Поэтому, как только на конт.3 напряжение превысит величину 25В, компаратор формирует блокирующий сигнал, обеспечивающий отключение микросхемы. Защита от превышения напряжения является триггерной, т.е. после ее срабатывания микросхема блокируется, и перезапустить ее можно только путем выключения. Если быть более точным, то схема OVP «освобождается», когда напряжение на конт.3 падает до уровня 6.5В. Повторный запуск микросхемы DP104 после срабатывания OVP, обеспечивается цепью «Сброс при включении питания».

 

Термическая защита

Термическая защита (TSD) предотвращает повреждение микросхемы SPS в случае перегрева ее корпуса. Если температура кристалла микросхемы достигает 150°С, или становится выше, схема TSD активизирует триггер отключения. Повторный запуск микросхемы DP104 после срабатывания термической защиты обеспечивается цепью «Сброс при включении питания», т.е. только после отключения питания

 

Схема гашения переднего края импульса

Схема гашения переднего импульса (LEB – Leading Edge Blanking) позволяет предотвратить переключение FET-транзистора во время прохождения нежелательного импульса тока, который возникает в момент включения FET. Все дело в том что, как только FET-транзистор открывается, ЭДС во всех обмотках импульсного трансформатора меняет свое направление, в результате чего через вторичные выпрямительные диоды в течение некоторого (очень короткого) периода времени начинает протекать обратный ток (ток обратного восстановления диодов). Этот паразитный ток наводит во всех обмотках, в том числе и в первичной обмотке, ЭДС, вызывающую появление достаточно мощного, хотя и короткого, импульса тока через FET-транзистор. Формированию этого импульса способствует еще и наличие эквивалентной емкости перехода сток-исток полевого транзистора.

 

Рис.19  Схема гашения переднего импульса — LEB

Возникающий импульс тока формирует на внутреннем резисторе Rsense импульс напряжения, который способен вызвать срабатывание компаратора, и, как следствие, может оборвать импульс, открывающий транзистор FET. Таким образом, необходимо этот переходной процесс подавить и предотвратить отключение FET. В случае, когда управляющая микросхема и транзистор разделены, подавление нежелательного импульса тока осуществляется применением RC-фильтра, устанавливаемого между токовым датчиком и микросхемой. В данном же варианте, такое подавление обеспечивается схемой LEB, которая блокирует цепь обратной связи на время прохождения нежелательного импульса тока. Схема LEB является более точной, по сравнению с RC-фильтром, т.к. схемой LEB анализируется форма напряжения на затворе FET. За счет эффекта Миллера форма напряжения затвора очень точно показывает момент окончания импульса тока.

Реализация схемы LEB демонстрируется на рис.19, а принцип ее функционирования поясняет временная диаграмма на рис.20.

 

Рис. 20 Принцип работы схемы LEB

 

Диагностирование микросхем SPS

Так как практически все микросхемы семейства SPS имеют одинаковую функциональную схему и одинаковое назначение контактов, предлагаемая ниже методика тестирования подходит в равной степени для всех микросхем этого типа.

Диагностирование микросхем опирается на хорошее знание принципов функционирования SPS и знание их внутренней архитектуры. Именно поэтому, мы сначала в таких подробностях рассмотрели структуру DP104 и функционирование ее отдельных узлов. Это будет ключом к пониманию методов диагностики микросхем SPS, и позволит грамотно походить к вопросам использования аналогов, а также к вопросам возможной доработки схем при установке аналогов с несколько отличающимися параметрами.

Для диагностирования микросхем семейства SPS нам понадобится следующее оборудование:

— осциллограф;

— тестер для измерения сопротивления и напряжения;

— лабораторный источник питания с возможностью регулировки выходных напряжений (лучше иметь два источника, т.к. это позволит провести наиболее полную функциональную проверку).

Мы предлагаем четыре типа диагностических проверок микросхем SPS:

1. Простая проверка на «пробой» силового ключа.

2. Простая функциональная проверка.

3. Расширенная функциональная проверка.

4. Полная функциональная проверка.

Начнем рассмотрение этих проверок в порядке их усложнения.

 

Проверка на «пробой» силового ключа

Для этой процедуры достаточно иметь под руками самой простой мультиметр. Суть проверки заключается в «прозвонке» перехода сток-исток внутреннего FET-транзистора. Практически во всех случаях отказ микросхем сопровождается пробоем этого транзистора, поэтому данный метод является наиболее быстрым и эффективным, а самое главное, дает почти 100%-ый результат достоверности.

Итак, для проверки микросхемы измеряем сопротивление между конт.1 и конт.2. При этом к конт.1 прикладывается «плюс» измерительного прибора, а к конт.2 – «минус». Если это сопротивление очень большое (десятки МОм), то микросхему можно считать исправной. Если же это сопротивление составляет единицы-десятки Ом, то с уверенностью можно говорить о неисправности микросхемы и необходимости ее замены.

Данную проверку можно проводить, не выпаивая микросхему из печатной платы – это практически не влияет на достоверность результата, поэтому рассмотренный метод вполне подходит под определение «экспресс-анализа» (однако всегда стоит учитывать наличие внешних элементов, способных «коротить» переход сток-исток FET-транзистора).

Этой проверки достаточно в подавляющем большинстве случаев, однако, при очень сложных ситуациях, а также при попытках установить аналогичную микросхему, может потребоваться более детальный анализ.

 

Простая функциональная проверка

Для проведения этой проверки потребуются все те приборы, которые мы упоминали выше. Суть проверки заключается в том, что на микросхему SPS, которую не выпаивают из схемы, подают питающее напряжение от лабораторного источника питания. Естественно, что при такой проверке монитор нельзя включать в питающую сеть, т.е. проверка проводится в режиме, абсолютно безопасном для силовых каскадов.

Рассмотрим последовательность действий по порядку:

1) От лабораторного источника подаем напряжение на конт.3 микросхемы SPS. Начинаем это напряжение плавно увеличивать.

2) Когда питающее напряжение достигнет величины 15В, микросхема SPS запускается, и на конт.1 «проскакивают» импульсы (в течение очень короткого периода времени). Наличие импульсов контролируем с помощью осциллографа. Но стоит обратить внимание на тот факт, что сток транзистора в этом эксперименте не запитан, а поэтому импульсы имеют очень маленькую амплитуду (милливольты) и контролировать их можно, лишь установив очень высокую чувствительность осциллографа.

3) Кроме того, после запуска микросхемы на конт.5 устанавливается напряжение около +5В, а на конт.4 – устанавливается напряжение почти равное напряжению питания.

4) С помощью лабораторного источника начинаем увеличивать питающее напряжение на конт.3. При этом на конт.4 напряжение также пропорционально растет, а напряжение на конт.5 остается без изменений.

5) Далее начинаем уменьшать выходное напряжение лабораторного источника питания. При этом на конт.4 напряжение также пропорционально уменьшается, а напряжение на конт.5 все также остается без изменений. Однако в момент, когда напряжение на конт.3 уменьшится до 9В, микросхема SPS отключится, т.е. напряжения на конт.4 и на конт.5 пропадут (установятся в 0В).

Именно такое поведение микросхемы, как это было только что описано, можно считать нормальным. При любых отклонениях от приведенного алгоритма необходимо провести углубленную диагностику, как самой микросхемы, так и элементов блока питания.

 

Расширенная функциональная проверка

Целью этой проверки является попытка ввести микросхему SPS в режим постоянной генерации. Как мы видели в предыдущем тесте, в момент запуска микросхемы на ее конт.1 «проскакивают» импульсы, но тут же пропадают. Это связано с тем, что срабатывает защита от короткого замыкания в нагрузке. Для того чтобы избежать срабатывания этой защиты необходимо изменить потенциал на конт.4 (контакт обратной связи). С этой целью впаиваем резистор, желательно переменный, номиналом 5-10 кОм между конт.4 и «землей» (рис.21).

 

Рис.21 Переменный резистор впаивается между конт.4 DP104 и «землей»

 

При подаче питающего напряжения величиной 15В на конт.3, микросхема SPS запускается, и на конт.1 можно наблюдать регулярные импульсы. Но, опять же, обращаем внимание на то, что амплитуда этих импульсов очень мала.

Подкручивание переменного резистора практически не дает каких–либо изменений. Лишь только когда номинал этого резистора будет выкручен почти в 0 Ом, генерация прекращается.

Отсутствие генерации на конт.1 при выполнении этого теста требует замены микросхемы, а также проведения внимательнейшей проверки других компонентов блока питания.

 

Полная функциональная проверка

Целью проверки является запуск микросхемы и проверка всех ее внутренних функций. Для данного теста потребуется еще один источник питания, который лучше всего подключить к выпрямительному конденсатору (рис.22). В остальном же, все делаем так, как и в предыдущем тесте.

 

Рис.22  Лабораторный стенд для полного функционального тестирования DP104

Далее действуем в следующем порядке:

1) Включаем лабораторный источник №1, который создает смещение на первичной обмотке импульсного трансформатора блока питания. На выходе этого источника устанавливаем напряжение 6В – 9В.

2) Включаем второй лабораторный источник, которым запитывается микросхема SPS. На выходе источника устанавливаем напряжение 15В и выше. Микросхема запускается, и на конт.1 появляются импульсы, размахом 9В – 15В, которые контролируем осциллографом. Блок питания начинает функционировать, правда не в номинальном режиме, но некоторые выходные напряжения могут достичь соответствующих значений (например, может щелкнуть реле петли размагничивания).

3) Подкручивая переменный резистор, начинаем контролировать изменение длительности импульсов на конт.1.

Внимание! Эту проверку не стоит проводить в течение слишком большого периода времени, т.к. микросхема SPS начинает сильно разогреваться, что в принципе, может привести к ее отказу.

Данная проверка дает полное представление о работоспособности микросхемы, но самое главное преимущество данного теста – это возможность проверить на только (и не столько микросхему), сколько весь источник питания. При выполнении данной проверки можно контролировать наличие импульсов во всех обмотках силового трансформатора, контролировать исправность вторичных выпрямительных диодов и отсутствие коротких замыканий в нагрузке. Хотя, конечно же, необходимо делать скидку на то, что это, все-таки, «ненормальный» режим работы блока питания.

 

Аналоги и взаимозаменяемость

Как мы уже отмечали в самом начале статьи, семейство SPS представлено множеством микросхем. Наиболее часто применяемыми микросхемами являются: DP104, DP704 и DP904. Но кроме них можно встретиться еще и с такими силовыми ключами, как DP306, DP308, DP108, DP708, DP706. Кроме того, аналоги этих микросхем выпускаются фирмой Fairchild Semiconductor, из которых наиболее известными и доступными являются KA2S0880 и KA2S0680, но кроме них существуют и другие типы микросхем этого семейства, например, КА5S0765C-TU и FS6S0765RCH. Эти микросхемы имеют абсолютно такую же внутреннюю архитектуру и точно такое же расположение контактов, а отличаются они лишь своими параметрами: величиной максимального тока, уровнем срабатывания защит, максимальной длительностью рабочего цикла и некоторым другими характеристиками. Поэтому все эти микросхемы можно считать взаимозаменяемыми, но иногда такие замены требуют некоторых доработок, что связано именно с различием характеристик.

Все различия представителей этого большого класса можно компенсировать изменением параметров цепи обратной связи, которая подключается к конт.4 микросхемы. В случае, когда при установке аналогичной микросхемы блок питания перестает нормально функционировать, необходимо изменить параметры либо резистора R608, либо стабилитрона ZD601 (рис.23). Чаще всего практикующие специалисты проводят замену резистора R608, что считается более простым решением. Так, например, при замене микросхемы DP704 на микросхему DP104 номинал этого резистора увеличивают (обычно с 220 Ом до 1.2 кОм). Но, в принципе, точно такого же результата можно добиться и увеличением порогового напряжения стабилитрона ZD601 (только подобрать нужный порог срабатывания оказывается сложнее, чем подобрать резистор).

 

Рис.23  Элементы, которые необходимо корректировать при подборе аналогов микросхемы DP104

Кроме того, схему можно доработать с помощью резистора Rдоп, устанавливаемого между конт.4 и «землей». Проще всего установить в качестве этого резистора переменный резистор номиналом до 15 кОм — это позволит упростить процесс настройки источника питания.

В случае, когда сигнал обратной связи в блоке питания формируется с помощью оптрона, а не с помощью третичной обмотки, доработать схему проще всего двумя способами: изменением номинала резистора R606 или изменением номинала резисторов R653 и R654 (рис.24).

 

Рис.24  «Доработка» схемы при использовании аналогов DP104 при условии, что сигнал обратной связи формируется на дополнительной обмотке импульсного трансформатора

Хочется надеяться, что после такого подробного анализа микросхем семейства DP, проблемы, связанные с возможной доработкой схем источников питания, будут решаться без особых сложностей.

Некоторые практические результаты взаимозаменяемости микросхем SPS представлены в табл.2.

 

Таблица 2.  Аналоги микросхемы DP104 и необходимые доработки схемы при их применении

Микросхема	Замена
DP704C	Заменяется на DP104C, но требуется увеличение номинала R608 до 1.2кОм. Если резистор не заменить, то в дежурном режиме начинает щелкать реле Degauss.
DP704C	Замена на KA2S0680 с одновременным увеличением номинала R608 до 1.2кОм.
DP904	Замена на DP104 без доработок прошла успешно.
DP104	Замена на KA2S0680 с одновременным увеличением номинала R608 до 1.2кОм.
КА5S0765C-TU	Замена на DP104 без доработок, возможно, что корректна и обратная замена.
DP104	Замена на FS6S0765RCH без доработок.

Рассказ о микросхемах SPS будет неполным, если не рассмотреть их практическое применение. Именно для этого мы приводим два варианта блоков питания с микросхемами SPS семейства DP.

 

На одной из схем сигнал обратной связи формируется третичной обмоткой импульсного трансформатора, а на второй схеме – сигнал обратной связи формируется из выходного напряжения и передается на микросхему DP через оптопару. Надеемся, что теперь представленные схемы не требуют пояснений.

TEA2025 — схема включения

   Микросхема LM386 пользуется большой популярностью у любителей электроники для изготовления звуковых усилителей, однако их выходная мощность составляет только 1 Вт. А для того чтобы услышать стереозвучание необходимо уже две микросхемы LM386. Эта статья об изготовлении усилителя мощностью в 5 Вт и получении стереофонического эффекта при использовании всего одной микросхемы ТЕА2025.

Схема усилителя на ТЕА2025

   Интегральная микросхема TEA2025 является звуковым усилителем в 16-выводном пластиковом корпусе. Он изначально предназначен для использования в портативных кассетных плеерах и радиоприемниках, но может быть с успехом использован и для изготовления качественного усилителя стереофонического звучания, и для других нужд. Для этого в его обвязку требуется установить совсем не много электронных компонентов и он готов к работе. Схема цоколёвки TEA2025 и её использование для стереофонического воспроизведения звука приведены ниже.

   Устройство имеет максимальный коэффициент усиления до 45 дБ. Однако, он может быть снижен за счет размещения внешней RC цепи обратной связи между выводами (6 и 11 ножки) и землёй. В таблице рекомендуется не снижать усиление ниже 36 дБ. Для того, чтобы получить максимальный коэффициент полезного действия, необходимо использовать R=0 и C=100 мкФ (как изображено на схеме выше) между обратной связью и землёй. Низкая частота среза (fL) выходного сигнала зависит от сопротивления нагрузки (динамика, RL) и выходного конденсатора ёмкостью в 470 мкФ. Если сопротивление динамика 4 Ом, то будет низкая частота среза.

   Интересной особенностью микросхемы TEA2025 является то, что она имеет встроенную схему тепловой защиты. Если будет нужно использовать усилитель на полную мощность (5 Вт), то на микросхему необходимо установить радиатор охлаждения. Если его не будет, а внутренняя тепловая защита, тем не менее, сумеет не допустить повреждения микросхемы в следствии перегрева, всё равно выходная мощность усилителя однозначно снизиться из-за чрезмерной температуры нагрева полупроводникового перехода. На стадии ввода усилителя в эксплуатацию может быть использован потенциометр  сопротивлением 10 — 20 кОм.

   Конденсаторы на входе ёмкостью 0,22 мкФ устранят шум от него. Конденсаторы 0,15 мкФ нужны на выходе для обеспечения стабильности частоты. Использование конденсаторов другой ёмкости  может привести к нежелательным искажениям звука на выходе. Длинные соединительные провода и контуры заземления в цепи также могут вызвать искажения, поэтому хорошая компоновка PCB цепи очень важна. Эта схема была собрана на печатной плате размером 5 х 9 см, как показано на изображении ниже.

   Плата устанавливается внутри пластикового корпуса размером 6 х 11 см и производятся необходимые соединения с ней (блока питания, динамиков и входных разъемов) при помощи проводов. Напряжение питания собранного усилителя составляет от 3 до 12 вольт. В данном конкретном случае усилитель был запитан от аккумулятора напряжением 9,6 вольт.

   Стереофонический усилитель на TEA2025 вышел удачным, что, безусловно, приятно.

Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

С опозданием на год власти объяснили, что такое «российские микросхемы». Реакция рынка

12 Августа 2016 19:0112 Авг 2016 19:01 | Поделиться

У российских микросхем появились расплывчатые, но все же однозначно трактуемые рынком определения их «отечественной» принадлежности. Правительство выпустило долгожданное постановление.

Долгожданное, но размытое определение

У российских микросхем гражданского назначения появились официальные определения. Глава кабинета министров Дмитрий Медведев подписал соответствующее постановление Правительства от 9 августа 2016 г. № 719. Его текст появился на официальном интернет-портале правовой информации.

Напомним, что данный документ отрасль ждала очень давно, а Медведеву даже пришлось недавно повторно поднять вопрос необходимости появления определений после того, как его поручение на данную тему Минпромторгу совместно с Минэкономразвития, Минкомсвязи и ФСБ было просрочено почти на год.

Постановление вводит понятия «интегральной схемы первого уровня» и «интегральной схемы второго уровня». Примечательно, что в проекте данного документа, разработанного Минпромторгом, присутствовало слово «российская». Теперь оно исчезло.

Объяснение этому, по всей видимости, кроется в том, что в соответствии с финальным текстом постановления производители микросхем теперь могут иметь юрлица, являющиеся налоговыми резидентами не только России, но и стран, входящих в Евразийский экономический союз. А в него, помимо РФ, также входят Белоруссия, Казахстан, Армения и Киргизия.

У российских микросхем появились расплывчатые, но все же однозначно трактуемые рынком определения

И все же опрошенные CNews участники рынка восприняли новые формулировки именно как определения для «российских» микросхем, основывая свое мнение на ряде других фраз документа, касающихся локализации производства.

Определения микросхем

Производитель интегральных схем первого уровня должен обладать правами на конструкторскую документацию (включая документацию на используемые сложнофункциональные блоки, не являющиеся предметом собственной разработки) в объеме, достаточном для производства схемы в течение пяти лет.

При этом не допускается использование при проектировании и разработке схем готовых схемотехнических решений иностранного производства. На территории России в отношении микросхем должны осуществляться разработка структуры, логической и электрической составляющих, топологии.

Также в границах нашей страны должна происходить разработка ПО для микросхем, изготовление пластин по полному циклу (за исключением фотошаблонов) с кристаллами и их измерение, сборка кристаллов в корпусе, измерение и испытание микросхем.

Критерии отнесения к интегральным схемам второго уровня более мягкие. Их производитель может обладать только правами на топологию схем, а также на конструкторскую документацию. Прав на технологическую документацию у него может не быть, потому что допускается производство микросхем вне территории России.

В границах нашей страны в данном случае должны происходить только проектирование, разработка и испытания микросхем.

На военную электронику критерии не распространяются

Важно подчеркнуть, что вышеупомянутые определения не распространяются на интегральные схемы, предназначенные для использования в стратегически значимых системах военного, двойного и специального назначения. На эту тему в документе есть конкретное указание.

Первая реакция рынка

Генеральный директор «Байкал электроникс» (разработчик микропроцессоров «Байкал») Светлана Легостаева сообщила CNews, что считает постановление очень важным и долгожданным документом. «Как правило, при обсуждении мер поддержки отечественных разработчиков и их продукции в радиоэлектронной отрасли все разрабатываемые предложения «спотыкались» об отсутствие законодательно утвержденных критериев определения отечественного происхождения», — поясняет она.

Как выбрать действительно качественную облачную инфраструктуру

Облака

Представитель акционерного общества «Ангстрем» (производитель собственных микросхем) Виталий Арышев также называет появление документа ожидаемым и долгожданным. «Работа над ним шла давно, — отмечает он. — Мы как отечественный производитель полупроводниковых изделий полного цикла удовлетворены этим решением. Оно является логическим продолжением государственной политики поддержки и развития отечественной микроэлектроники».

А вот гендиректор компании «Мультиклет» (разработчик одноименных чипов) Борис Зырянов воспринимает выход постановления более сдержанно. «В целом, конечно, любая определенность лучше правового вакуума, — говорит он. — Но не вполне удовлетворен формулировками, поскольку по первой категории есть и слишком жесткие, и слишком мягкие положения».

К каким категориям относят себя производители

Борис Зырянов отмечает, что продукция «Мультиклет» сегодня под первую категорию микросхем не подпадает, поскольку компания производит пластины в Малайзии. «При этом, стоит только заказчику захотеть, и можно локализовать производство в России, — рассуждает он. — Таким образом, пока подходим под формулировки второй категории».

В «Байкал электроникс» все свои разработки также относят к схемам второго уровня. «На сегодняшний день в мире существует две тенденции разработки сложных микроэлектронных изделий, — поясняют в компании. — Первая основана на разработке изделия “с нуля”. Однако в последние десятилетия попытки выйти на массовый рынок с собственной (проприетарной) процессорной архитектурой, пусть даже технически превосходящей традиционные, оказывались неудачными, поскольку требовали создания и поддержания собственной инфраструктуры программного обеспечения, к чему сообщество программистов не готово».

В этом смысле продукты «Байкал электроникс» базируются на признанной и поддержанной индустрией процессорной архитектуре (ARM и MIPS) и интерфейсах современных стандартов. «Такой подход, позволяющий существенно сократить сроки и ресурсы, необходимые для разработки, используется сегодня абсолютным большинством компаний, занимающихся разработкой интегральных схем», — заключают в компании.

На этом фоне в «Ангстреме» настаивают на принадлежности своих изделий к первому уровню. По словам Виталия Арышева, продукция предприятия полностью подпадает под соответствующие определения, так как в «Ангстреме» присутствуют все стадии, начиная с проектирования и разработки и заканчивая дальнейшим освоением серийного производства микросхем, их испытанием и корпусированием.

«Мы не только являемся полностью отечественным производителем, но по некоторым компетенциям входим в узкий круг мировых производителей микроэлектроники, — заверяет он. — Одна из них это разработка и производство силовых транзисторов и диодов, а также модулей на их основе».

Отметим, что под первый уровень явно подпадают и процессоры «Эльбрус», однако их разработчик — компания МЦСТ — на момент выхода материала не смогла предоставить CNews развернутые комментарии.

Что дальше?

В «Ангстреме» считают, что постановление является первым шагом в начале большой работы по поддержке отрасли. «Следующем шагом должно стать законодательное закрепление определения “отечественного” для производителей электронной аппаратуры, — рассуждает Виталий Арышев. — Особенность микроэлектроники заключается в том, что мы не выпускаем готовые изделия. Нашу микросхему должны сначала установить в функциональный блок, а затем уже поставить на готовое изделие — автомобиль, терминал ГЛОНАСС, компьютер или сервер. Вот на этом этапе обычно и происходит сбой».

По заверению Арышева, сборщику конечной продукции не нужны как таковые микросхемы, а у производителей функциональных блоков уже есть выгодные контракты с азиатскими или европейскими компаниями. «В итоге сейчас в стране миллионы номинально российских электронных изделий, однако внутри у них нет ни одной отечественной микросхемы, и их цены почему-то очень зависимы от валютного курса», — заключает он.

В свою очередь, для Бориса Зырянова из «Мультиклета» эффект от выхода постановления не очевиден. «Пока это только чиновничьи игры, активность на бумаге — придумка, не понятно, на что влияющая, — говорит он. — Важно понять, как документ повлияет на отношение Минпромторга к теме микроэлектроники — что будет в реальности».

Денис Воейков

Вычислительные свойства визуальной микросхемы

% PDF-1.4 % 1 0 объект >>> эндобдж 284 0 объект > поток application / pdf

Вычислительные свойства визуальной микросхемы

2021-09-06T08: 05: 03-07: 002021-09-06T08: 05: 03-07: 002021-09-06T08: 05: 03-07: 00uuid: 5fa28c8f-1dd2-11b2-0a00-dd0827bd7700uuid: 5fa28c91- 1dd2-11b2-0a00-

0000000 конечный поток эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 5 0 obj > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 6 0 obj > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 7 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 8 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 9 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 10 0 obj > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 11 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 12 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 13 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 14 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 15 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 16 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 17 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 18 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 19 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 20 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 21 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 22 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 23 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 24 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 25 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 26 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 27 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 28 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 29 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 30 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 31 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 32 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 33 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 34 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 35 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 36 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 37 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 38 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 39 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 40 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 41 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 42 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 43 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 44 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 45 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 46 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 47 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 48 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 49 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 50 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 51 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 52 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 53 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 54 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 55 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 56 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 390 0 объект [392 0 R 393 0 R] эндобдж 391 0 объект > поток H \ Ao HJ c; nmW1 $ 7ofe / XoHx% tU Cx {I # K.ݟ + {q} (i ~

Визуальный неокортекс мыши поддерживает несколько стереотипных паттернов активности микросхем

Abstract

Пиковые корреляции между нейронами неокортекса дают представление о лежащих в основе синаптических связях, которые определяют кортикальную микросхему. Здесь используется двухфотонная флуоресценция кальция При визуализации мы наблюдали одновременную динамику сотен нейронов в срезах первичной зрительной коры головного мозга мыши (V1). В соответствии с балансом возбуждения и торможения, динамика V1 характеризовалась линейным масштабированием между скоростью возбуждения и размером цепи.Используя запаздывающие корреляции срабатывания между нейронами, мы создали функциональные схемы соединений, чтобы оценить топологические особенности микросхем V1. Мы обнаружили, что в связности схемы присутствуют как циклические графические мотивы, указывающие на повторяющееся соединение, так и ациклические графические мотивы, указывающие на прямую связь. После наложения функциональных схем соединений на отображаемое поле зрения мы обнаружили свойства, соответствующие масштабированию Rentian: схемы соединений были топологически эффективными, поскольку они минимизировали разводку с помощью модульной архитектуры.В пределах одного отображаемого поля зрения V1 содержал несколько дискретных цепей, которые перекрывались и сильно пересекались, но все же отличались друг от друга. Большинство нейронов, которые совместно использовались между цепями, демонстрировали активность всплесков пери-событий, время которой было специфичным для активной цепи, тогда как время всплесков для меньшего процента нейронов не зависело от идентичности цепей. Эти данные свидетельствуют о том, что микросхема V1 демонстрирует сбалансированную динамику, эффективно организована в анатомическом пространстве и способна поддерживать разнообразие паттернов импульсов мультинейронов из перекрывающихся наборов нейронов.

Введение

Продолжается обсуждение природы и степени структуры микросхем в зрительной коре головного мозга мыши. Первичная визуальная (V1) микросхема мыши демонстрирует ретинотопное картирование (Dräger, 1975; Bonin et al., 2011), но настройка ориентации нейронов не организована в анатомические столбцы (Bonin et al., 2011; Li et al., 2012; Ohtsuki et al., 2012). Настройка ориентации использовалась в качестве доказательства столбчатой ​​обработки у приматов, но подразумевает «соль и перец» или случайную организацию (Ohki et al., 2005, Van Hooser et al., 2005) относительно структуры и функции V1 у мышей гораздо менее ясны. Случайное назначение настройки ориентации подразумевает отсутствие архитектурной структуры в коре (Bonin et al., 2011) по сравнению с четкой столбчатой ​​организацией в других областях сенсорной неокортекса, таких как поле соматосенсорного ствола и первичная слуховая кора (Woolsey and Van der Loos, 1970; Bandyopadhyay et al., 2010). Кроме того, организация «соль и перец» может либо указывать на отсутствие эффективной схемы разводки, либо действовать, чтобы минимизировать затраты на проводку, необходимые для связи между нейронами, при сохранении полного представления сенсорного пространства (Kaschube, 2014).Предполагается, что первичная зрительная кора головного мозга содержит микросхемы, которые преимущественно имеют прямую связь (Reid and Alonso, 1995). Это свойство использовалось во многих сетевых моделях, специфичных для слоя V1, для захвата аспектов кортикального представления визуальной информации у кошек и макак (Miller et al., 1989). Как эти различные организационные особенности проявляются функционально в мезоскопическом масштабе, охватывая пластинку и состоящую из сотен нейронов, остается неясным.

Было показано, что активность схемы пиков с пространственно-временным паттерном кодирует сенсорный ввод (Luczak et al., 2007), двигательной активности (Churchland et al., 2007) и поведенческого выбора (Harvey et al., 2012). Эти паттерны активности генерируются определенными цепями взаимосвязанных нейронов, которые взаимодействуют друг с другом (Luczak and MacLean, 2012; Sadovsky and MacLean, 2013). Как структура микросхем V1 определяет природу временной паттернированной активности в V1, остается неясным. Здесь мы использовали двухфотонную микроскопию в сочетании с кальциевыми индикаторными красителями для изучения спонтанной мультинейронной динамики (Vogelstein et al., 2010; Sadovsky et al., 2011) с плотной беспристрастной выборкой большого количества нейронов (Sadovsky, MacLean, 2013) у мыши V1. Чтобы получить наилучший образец функциональной микросхемы (Milo et al., 2002), мы максимально увеличили количество нейронов, отображаемых при использовании эвристически оптимального пути сканирования, что позволило нам достичь скорости сканирования на порядок выше, чем при традиционном методе растрового сканирования (Sadovsky et al. др., 2011; Садовский, Маклин, 2013). Путем визуализации коррелированной пиковой активности или потока активности на мезомасштабном уровне мы сгенерировали функциональные схемы соединений с помощью мыши V1, описывающие надежные взаимосвязи во время всплесков.Кроме того, мы оценили степень стереотипности пиковой активности отдельных клеток в микросхемах V1.

Результаты

С помощью высокоскоростной многофотонной лазерной сканирующей микроскопии в сочетании с кальциевым индикаторным красителем мы визуализировали пиковую активность (Vogelstein et al., 2010; Sadovsky et al., 2011; Sadovsky and MacLean, 2013) больших несмещенных и плотно отобранных нейронов. популяции в V1. Мы визуализировали активность до 979 (среднее = 734 ± 129; n = 11 наборов данных) нейронов в 1.Круглое поле зрения диаметром 1 мм в срезах неокортекса V1 мыши (рис. 1 A ) со скоростью 87 ± 15 мс на кадр. Мы идентифицировали спонтанную, возникающую активность цепи, которая является результатом синаптических связей между нейронами (Cossart et al., 2003; Sadovsky and MacLean, 2013). Этот нисходящий подход (от возникающей динамики до базовой структуры) может очерчивать множественные возможные функциональные отношения между нейронами в поле зрения (Luczak et al., 2007; Luczak and MacLean, 2012).Чтобы контролировать смещение выборки из-за угла среза, мы создали срезы под углом 15 градусов от корональной оси для одной трети наших экспериментов. Мы не обнаружили заметных различий между данными, собранными под этим углом, по сравнению с корональными срезами и в результате объединили данные. Спонтанные события цепи V1 ( n = 104 события; Рис.1 C , D ) охватывали диапазон размеров событий цепи (популяции активных нейронов = 176 ± 94 клеток) и продолжительности (1342 ± 698 мс). В течение всего времени эксперимента спонтанные события цепи V1 задействовали подавляющее большинство отображаемых нейронов в каждом поле зрения (80 ± 12% по наборам данных) посредством множественных дискретных активаций цепи.Мы определили общее направление потока пиковой активности во время события цепи, выявив статистически значимую корреляцию между активными нейронами на изображенных кадрах и расстоянием от пиальной поверхности. Мы обнаружили, что значительная часть (48%) событий схемы не имела доминирующего вектора потока по мере их развития. Однако 36% событий имели прямой столбчатый поток, 8% — направленный ламинарный поток и 9% продемонстрировали комбинированный столбчатый и ламинарный поток. Когда мы фиксировали нейроны целыми клетками в поле зрения, мы наблюдали, что отображаемая активность сопровождалась электрофизиологическими состояниями UP в отдельных клетках ( n = 56 состояний up; рис.1 E ) (Садовский, Маклин, 2013). Мезомасштабная визуализация большого количества нейронов без ламинарного смещения позволила нам захватить множественные и различные события цепи в одном поле зрения (фильм 1; ​​рис. 1 F ).

Рис. 1.

Зрительная кора головного мозга способна к спонтанной активности цепей. A , Экспериментальная подготовка поля зрения диаметром 1,1 мм для среза V1. B , Идентифицированные клетки и пример активности одного кадра изображения из A .Активные ячейки выделены красным. C , Растр всплеска события одиночной цепи. D , Многоточечное среднее для вышеуказанного растра. E , Пример одиночного нейрона и цельноклеточного патч-зажима визуального нейрона в северной части штата во время события цепи. Потенциалы действия были усечены для презентации. F , Репрезентативный растр (интервалы покоя между событиями удалены) 14 событий контура, наблюдаемых в одном поле зрения.Для каждой ячейки ( n = 613) черная галочка указывает обнаруженный всплеск в пределах кадра изображения 72,8 мс. G , Вверху, Каждая точка данных (красная звездочка) представляет отдельное событие цепи. Внизу: каждая точка данных (синий x ) представляет собой событие одной цепи. H , Графики, показывающие кумулятивное срабатывание по множеству событий цепи в согласованных по скорости пуассоновских данных (слева) и данных V1 (справа). Каждая строка представляет отдельное событие цепи. Цвет линии нормализуется по длительности событий от коротких событий (холодные цвета) до длинных событий (горячие цвета).

Динамика активности контура во времени в V1

Динамика контура, или распространение пиковой активности по сети, имеет важные последствия для организации лежащего в основе контура (Roxin et al., 2011; Litwin-Kumar and Doiron, 2012). Путем визуализации активности больших популяций нейронов во время событий отдельных контуров мы обнаружили, что события возникающих контуров в V1 начинались с небольшой начальной группы активных нейронов (6-7 клеток в первые 85 ± 16 мс относительно равномерного начала), которые затем быстро набирал дополнительные нейроны до пикового числа клеток (39 ± 23 клетки) перед экспоненциальным распадом (τ = 743 мс от среднего значения для всех цепей) обратно в состояние покоя, при этом полное событие состояло из 176-94 активных клеток.Этот паттерн рекрутирования нейронов был общим для активации цепей: 95% событий содержали единственный пик, который затем затухал до состояния покоя (рис. 1 D ; см. Материалы и методы). По всем событиям цепи пик произошел в пределах первых 28 ± 15% (391 ± 150 мс) от полной продолжительности полной активации цепи. Дискретный характер каждого события цепи позволил нам определить, была ли общая продолжительность отдельного события цепи линейной функцией срабатывания (т.е.е., подобная масштабированная средняя скорость стрельбы в цепи за несколько периодов времени). Мы обнаружили линейную корреляционную зависимость между количеством наблюдаемых всплесков и продолжительностью отображаемых событий (рис. 1 G , вверху; r = 0,72; линейное R ² соответствует = 0,51). Точно так же мы обнаружили линейную корреляционную зависимость между количеством активных ячеек и общим количеством всплесков в событии цепи (рис.1 G , внизу; r = 0.94; линейный R ² fit = 0,89). Отношения между этими переменными, описывающими динамику схемы V1 в большинстве событий, указывают на то, что функциональная схема не имеет определенного или определяющего размера и демонстрирует последовательную динамику в большом диапазоне масштабов, возможно, отражая торможение и возбуждение в равновесии друг с другом (Haider et al., 2006; Shew, Plenz, 2013). Мы действительно наблюдали нелинейные эффекты на верхнем конце нашей числовой схемы. Это может быть связано с тем, что некоторые события в цепях настолько велики, что они вовлекают клетки вне нашего поля зрения, что делает эти наблюдения заниженными для общего числа активных нейронов.

Мы подтвердили, что динамика этих цепей отражает скоординированные нейронные взаимодействия, сравнив эти кумулятивные подсчеты спайков в зарегистрированных нейронах с накопленными подсчетами спайков, генерируемыми однородными сетями Пуассона. Эти популяции с нулевой гипотезой согласовывались по скорости срабатывания для каждой ячейки в каждом наборе данных событий цепи. Свойства схемы зажигания в V1 привели к сигмоидальной кумулятивной прогрессии стрельбы. Напротив, совокупные прогрессии в каждой сети Пуассона, как и ожидалось, были почти линейными (рис.1 H ). Эти сети Пуассона, которые не содержат взаимодействий между модельными клетками, не имитируют кумулятивную прогрессию пиковой активности, наблюдаемую во взаимосвязанных нейронах V1 (Thomson et al., 2002; Perin et al., 2011).

Поток функциональной схемы схемы V1 указывает свойства сети с прямой связью

Для дальнейшей оценки нейронных взаимодействий, которые генерируют динамику схемы V1 и выявления аспектов организации микросхем V1, мы использовали попарную временную прогрессию потенциалов действия между нейронами (корреляция с задержкой одного кадра) для создания функциональных схем подключения микросхем: графиков, взвешенных Направленные соединения представляли вероятность запаздывающей пиковой активности.Теория графов предоставила математическую основу и набор установленных показателей для описания многомерных сетей (Bullmore and Sporns, 2009) и позволила нам количественно оценить статистические характеристики в функциональной топологии микросхем V1. Активации контуров в каждом поле зрения транслировались в пространство графа с нейронами, действующими как узлы, и одиночный фрейм с запаздыванием пиковой активности между двумя нейронами приводил к направленным ребрам, взвешенным по их надежности (см. Материалы и методы) (Sadovsky and MacLean, 2013).Хотя не каждое ребро в функциональном графе отражает лежащую в основе синаптическую связь (Gerstein et al., 1978), мы ранее обнаружили, что функциональные топологии отражают зависящую от расстояния вероятность соединения, которое обнаруживается в базовой связности (Song et al., 2005, Perin et al., 2011; Sadovsky and MacLean, 2013), и при преобразовании в реальные связи в моделях нейронных сетей они становятся способными воспроизводить экспериментально измеренную динамику (Sadovsky and MacLean, 2013).

В V1 мы обнаружили, что функциональные графы были разреженными и содержали в среднем 13 ± 8 ребер на каждый узел. Однако эти ребра не были распределены равномерно, поскольку мы обнаружили нейроны в каждом наборе данных, которые содержали больше ребер, чем в среднем, что согласуется с идеей узловых нейронов (Picardo et al., 2011). Хабы со степенью ≥1 SD средней степени сети равнялись 10,6 ± 4% всех нейронов (≥3 SD, 1,6 ± 0,8%). Мы определили нейроны-концентраторы в соответствии с количеством ребер, которыми обладает нейрон, и еще предстоит выяснить, какое отношение эти нейроны имеют к ранее определенным концентраторам в V1 (Yu et al., 2008; Folias et al., 2013). Узлы, как правило, группировались вместе, как в маленьком мире, где их коэффициент направленной кластеризации (Fagiolo, 2007) был значительно выше, чем в случайных сетях со степенью согласования. Для каждого набора данных было создано 100 случайных сетей с одинаковой степенью (знаковый ранговый критерий Уилкоксона: p = 9,8 × 10 ⁻⁴ ) при сохранении средней длины пути (данные = 2,7 ± 0,4 среднего пути, случайный = 2,8 ± 0,7 , Ранговый тест со знаком Вилкоксона p = 1).Таким образом, функциональные сети V1 были отмечены неслучайной структурой.

Мы количественно оценили повторяемость функциональной архитектуры схемы V1, используя два показателя. В качестве нулевой гипотезы мы использовали случайные топологии Эрдеша – Реньи, в которых ребра между узлами задаются с фиксированной вероятностью, чтобы установить математическое ожидание на основе общего количества узлов и ребер. Для каждого набора данных мы создали 100 соответствующих графов Эрдеша – Реньи с равным количеством узлов и равной вероятностью соединения, наблюдаемой в данных (соответствует 734 ± 129 узлам; p (край) = 0.019 ± 0,012). В качестве второй нулевой гипотезы мы построили сети с перестановкой V1, которые поддерживали степень каждого узла, но перемешивали, какие узлы, к которым эти ребра подключены. Обе нулевые гипотезы позволили нам оценить, были ли специфические схемы соединения узлов смещены в сторону повторения или прямой связи. Мы проанализировали совокупную структуру графов V1 и обнаружили, что узлы V1 имеют низкое отношение степени входа к выходу, определяемое как отношение ребер, направленных внутрь, к ребрам, направленным наружу, после срабатывания.Это свидетельствовало о смещении в сторону оттока. Напротив, случайные графы Эрдеша – Реньи (V1-Random) были сбалансированы (рис. 2 A ). Поскольку микросхема V1 продемонстрировала более высокие границы средней степени выхода, мы затем оценили, смещены ли общая топология и все пути в ней в сторону потока с прямой связью. В частности, мы расширили наш анализ графа с длины пути размером 1, указывающей попарные функциональные связи между ячейками, до максимально возможной длины пути в данной сети, охватывающей весь поток активности цепи.Для этого мы использовали меру иерархии потоков (Luo and Magee, 2011), которая количественно оценивает схемы потоков через монтажные схемы. В частности, этот показатель количественно определяет степень однонаправленного распространения потока. Поскольку циклы отражают повторяющиеся соединения в архитектуре функциональной проводки, мы использовали эту метрику как меру повторяемости в функциональных графах V1 с сильно повторяющимися сетями, имеющими значения, близкие к нулю, и сетями с высокой прямой связью, имеющими значения, близкие к 1.V1 содержал умеренный уровень повторяемости потока по сравнению с нулевыми гипотезами (Рис. 2 B ). Случайные сети были полностью повторяющимися, вероятно, из-за образования большой взаимосвязанной сети с множеством циклов (Newman et al., 2001). Интересно, что пермутированные сети V1, в которых постсинаптические цели были рандомизированы даже при сохранении общего количества постсинаптических партнеров, были почти полностью прямой связью, предполагая, что лежащие в основе синаптические связи V1 достигают середины между этими двумя крайностями, уравновешивая структуру прямой связи с повторяющимися циклами.

Рисунок 2.

Схема динамики и свойства функционального графа. A , слева, единственный пример отношения степеней различных нейронов, физически расположенных в поле зрения по данным V1, и случайные графы Эрдеша – Реньи. Функциональные возможности подключения показаны с пиальной поверхностью в верхнем левом углу (пунктирная линия). Узлы представляют собой ячейки и окрашены в соответствии с соотношением степеней этого узла, как указано в ключе. Между узлами рисуются функциональные ребра. Для графического отображения только ребра с весом ≥ 0.2 показаны. Все показанные ячейки, даже те, у которых нет нарисованных краев, имеют по крайней мере 1 край, когда ограничения веса удалены. Справа: прямоугольная диаграмма, представляющая значительную разницу ( p = 8,1 × 10 ⁻⁵ ) в среднем соотношении узлов на набор данных по всем наборам данных для всех весов ребер (V1) и случайных графов Эрдеша – Реньи (V1RAND). B , слева, графики, показывающие функциональную связность на физическом макете нейронов с пиальной поверхностью в верхнем левом углу (пунктирная линия) для единственного примера набора данных и единственного соответствующего Эрдеша – Реньи и переставленного графа.Как на вставке: красный представляет края цикла; бирюзовый представляет узлы в циклах; серый представляет ребра и узлы без циклов. На вставке будет значение иерархии сетевого потока 2/5 или 0,4. Для отображения отображаются только кромки с весом ≥ 0,2. Все показанные ячейки, даже те, у которых нет нарисованных краев, имеют по крайней мере 1 край, когда ограничения веса удалены. Справа: прямоугольная диаграмма, представляющая среднее значение прямой связи для наборов данных Эрдеша – Реньи (V1RAND), данных (V1) и перестановок (V1PERM) для всех весов ребер.Районы существенно отличаются друг от друга (Краскал-Уоллис: p = 2,6 × 10 ⁻⁶ ). C , Пример масштабирования Rentian с одним разделом, встроенный в физическое пространство срезов V1. Красный пунктирный прямоугольник указывает на пример раздела Rentian. Кружками обозначены центроиды нейронов: синий — вне раздела, красный — внутри. Серыми линиями обозначены края этой поперечной перегородки. Раздел содержит 23 узла с 142 ребрами. Анализ накладывается на изображение двухфотонного среза. D , Лог – логарифмический график отношения узлов к ребрам для разделов разного размера. Каждая синяя звездочка представляет собой раздел, причем раздел в C обозначен стрелкой. Красная линия указывает на линейное соответствие ( R ² = 0,91, показатель Ренциана [наклон линии] = 0,82).

Затем мы определили, были ли функциональные схемы эффективно собраны в физическом пространстве коры головного мозга, изучив стоимость функциональной проводки. Для этого мы спроецировали функциональные графики обратно в анатомическое пространство (рис.2 C ) (Sadovsky and MacLean, 2013) и применили меру ранцианского масштабирования (Basset et al., 2010). Это измерение, изначально предназначенное для анализа очень крупномасштабных интегральных схем, фиксирует, насколько эффективно в физическом пространстве собирается набор фиксированных структур с проводкой между ними. Это достигается путем создания случайных разделов физического пространства и последующего измерения того, как часто функциональные соединения пересекают эти разделы. Евклидово поле зрения было случайным образом разделено несколько раз, и было подсчитано количество узлов внутри каждого раздела и количество ребер, пересекающих каждый раздел (рис.2 С ). Мы обнаружили линейную зависимость между этими узлами и пересекающимися ребрами в логарифмическом масштабе, согласующемся с модульным, или Rentian, масштабированием связности (рис. 2 D ; линейное соответствие для всех наборов данных, R ² значение = 0,87 ± 0,13). Эти данные показали, что функциональные схемы в V1 были встроены в физическое пространство таким образом, чтобы генерировать эффективно подключенные физические схемы. Кроме того, этот результат согласуется с вероятностью того, что функциональная связь между нейронами зависит от пространственной близости при сохранении топологических характеристик.

V1 отмечен большим количеством дифференцированных цепей, характеризующихся множеством пространственно-временных диаграмм срабатывания

Мы оценили, были ли последовательности спайков отдельных нейронов стереотипными по времени, используя статистический тест, измеряющий расстояние редактирования последовательности спайков в отдельных нейронах, выровненных в перивент нескольких событий цепи (Victor and Purpura, 1996; Kruskal et al., 2013; Sadovsky and MacLean, 2013). ). Используя этот метод, оказалось, что V1 содержит лишь немного большее количество стереотипных нейронов во всех наборах данных (14 ± 7% нейронов были значимыми при 0.05 уровень значимости). Это указывало на то, что отдельные ячейки срабатывали в разное время в течение нескольких активаций цепи. Таким образом, в целом отдельные нейроны в V1 демонстрируют большое разнообразие в своих цепочках спайков, если рассматривать их в контексте всех наблюдаемых схемных событий.

Казалось парадоксальным, что отдельные события имели прямую связь и демонстрировали надежные паттерны возбуждения между клетками, но при этом имели очень слабую временную стереотипию в отдельных цепочках спайков нейронов. Мы подошли к этому парадоксу, определив, указывает ли этот низкий уровень стереотипии на большое количество различных групп активных ячеек (кластеров) в поле зрения.Мы вычислили наименьшую выпуклую область, содержащую все активные ячейки, и нашли диапазон выпуклых областей корпуса в V1 (0,46 ± 0,08 мм), что соответствует 48 ± 9% размера поля зрения. Визуально общий набор активных ячеек в отдельных событиях цепи V1 казался отличным друг от друга (Рис. 3 A ). Мы обнаружили, что активные цепи были встречно-штыревыми и имели общие активные нейроны (среднее попарное перекрытие активных нейронов между любыми двумя цепями составляет 22 ± 11% в отдельных полях зрения).Цепи были численно малыми, определяемыми общим количеством активных ячеек в процентах от всех ячеек в поле зрения (32 ± 17% активных ячеек; Рис. 3 B ). Поскольку схемы казались разнообразными, мы хотели увидеть, как они сгруппированы в группы. Мы применили метрику нечеткой кластеризации (Sadovsky and MacLean, 2013), наблюдая отдельные активации отдельных цепей ( n = 104 полных активации в n = 11 срезах), а затем определили, существуют ли группы нейронов, которые лучше всего описывают эти цепи. в размере XY .Эти группы можно рассматривать как центроиды нейронных событий, кластеры или набор ячеек, которые лучше всего перекрываются в событиях нескольких цепей. Каждое отдельное событие цепи назначается одному кластеру, тогда как ячейки, составляющие это событие, могут быть частью нескольких кластеров. Для заданного поля зрения события цепи N могут быть сгруппированы в кластеры от 1 до N в зависимости от пропорции перекрытия ячеек, активных в каждом событии. Наш анализ показал, что V1 имеет больше нечетких групп или цепей в одном поле зрения, чем можно было бы ожидать по случайной случайности при сохранении общего количества всплесков (рис.3 С ). Тот факт, что даже рандомизированное, согласованное по скорости срабатывание приводило к меньшему количеству нечетких схем, чем реальные данные, свидетельствует о том, что степень вариации схемы, которую мы обнаружили в V1, не просто отражала свойства пиков V1, а, скорее, специфическое свойство активации сети в эта корковая область.

Рисунок 3.

Маленькие кластеры определяют V1. A , Примеры шести пространственно различных активаций схемы в одном и том же срезе. B , Гистограмма размеров событий цепи, показывающая смещение небольшого размера. C , Сравнение количества кластеров схем, полученных из нечетких кластеров, наблюдаемых в V1, по сравнению с рандомизированной нулевой гипотезой ( p = 6,7 × 10 ⁻⁷ ).

Пространственно-временная активация выявляет различные стереотипные схемы в V1

Имея в виду эти результаты, мы пересмотрели нашу оценку временной стереотипии в отдельных нейронах. В то время как небольшой процент ячеек (12%) демонстрировал схемы срабатывания, которые были одинаковыми для всех активаций цепей, мы наблюдали большее количество, которые, по-видимому, срабатывали более одинаково в своих уникальных нечетких кластерных цепях.Чтобы учесть одноклеточную временную стереотипию с учетом этих возникающих пространственных паттернов, мы определили сходство временных пиков внутри пространственно идентифицированных кластеров или цепей. Мы измерили точность времени пика в этих пространственно определенных группах, используя ту же метрику расстояния пика, которую мы использовали для измерения точности времени в отдельных нейронах при всех активациях цепи. Эти результаты значительно отличались от тех, к которым мы пришли с пространственно-независимым обозначением активности.Клетки V1 были значительно более стереотипными, когда спайки были отнесены к той или иной пространственно определенной цепи или другой, в зависимости от обстоятельств. Наблюдалось значительное увеличение стереотипных нейронных спайков в каждой кластерной цепи по сравнению с некластеризованными результатами (некластеризованная значимость = 13 ± 8%, кластерная значимость = 84 ± 9%, p = 5,5 × 10 ^-05 ). В контексте их многочисленных кластеров цепей, нейроны V1 подскочили точно. Эти анализы показывают, что, в то время как небольшой процент нейронов демонстрирует точные во времени спайки независимо от того, какая цепь была активна, большинство нейронов V1 демонстрируют стереотипную и точную во времени активность, специфичную для активной цепи.Затем мы рассмотрели, как стереотипная временная пиковая активность проявляется во всех клетках, активных в кластере (Fig. 4 A ). Опять же, события цепи сначала были пространственно сгруппированы, а затем активные ячейки были упорядочены в соответствии с их средним временем первого всплеска по всем событиям цепи в кластере относительно начала активности события. После этого упорядочения структурированная последовательность активации нейронов стала ясной в каждом активном кластере (Fig. 4 B ). Несмотря на совместное использование большого количества нейронов, каждая последовательность была специфичной для каждого кластера.Когда нейроны, общие для двух пространственно определенных кластеров, были упорядочены по среднему времени первых импульсов, соответствующему альтернативному кластеру, мы обнаружили, что структурированная последовательная активация была нарушена (рис. 4 C ). Таким образом, отдельные события цепи имеют уникальную перекрывающуюся пространственную структуру, а ячейки способны к уникальной временной динамике срабатывания, зависящей от активной цепи. Времена пиков, которые были уникальны для того или иного кластера, потенциально продиктованы другими коактивными клетками с пространственным паттерном.

Рис. 4. Пространственные кластеры

имеют разные траектории срабатывания. A , Анатомическое пространственное представление кластеров. Слева: объединение всех ячеек в кластере 1, которые уникальны для кластера 1, обозначены как ячеистые контуры, закрашенные зеленым. Справа: объединение всех ячеек в кластере 2, которые уникальны для кластера 2, обозначены как залитые синим цветом контуры ячеек. Середина, пересечение ячеек в кластере 1 и кластере 2 обозначено темно-синими клеточными контурами. B , Такая же кластерная сортировка по временам пиков.Слева: срабатывание событий схемы в кластере 1 ( n = 4 события, 511 ячеек), отсортированных по среднему времени срабатывания кластера 1. Справа: запуск событий схемы в кластере 2 ( n = 2 события, 353 ячейки), отсортированных по среднему времени срабатывания кластера 2. Длительность кадра = 89 мс. C , Альтернативная сортировка спайков кластера по времени. Срабатывание событий схемы в кластере 1, отсортированное по среднему времени срабатывания кластера 2 для общих нейронов ( n = 258). Справа: запуск событий схемы в кластере 2, отсортированных по среднему времени срабатывания кластера 1 для общих нейронов ( n = 258).

Обсуждение

Динамика нейронных цепей дает представление о рабочем режиме схемы (Beggs and Plenz, 2003), лежащей в основе топологии (Roxin et al., 2011; Litwin-Kumar and Doiron, 2012; Vlachos et al., 2012), и обработка информации (Honey et al., 2007). Методом многофотонной визуализации исследована динамика эмерджентной микросхемы V1. Эта динамика линейно масштабировалась по активациям схемы. Мы обнаружили, что традиционные анатомические границы не сильно определяют или не формируют поток круговой активности.Вместо этого V1 был разделен на ряд функциональных цепей, которые были встречно-штыревыми и разделяли несколько нейронов. Мы создали функциональные схемы соединений: графы с узлами, которые являются нейронами, а направленные соединения с запаздыванием, коррелированной активностью между нейронами. Функциональные графические показатели микросхем V1 были отмечены сбалансированным преобладанием циклов и соединений с прямой связью (Lamme and Roelfsema, 2000). Эти схемы представляют собой небольшой мир (Watts and Strogatz, 1998) и имеют короткие пути, которые эффективно внедряются в анатомическое пространство в соответствии с мерой шкалы Рентиана (Bassett et al., 2010). Похоже, что схемы должны уравновешивать минимизацию разводки с топологической структурой, и соотношение масштабирования функциональных графов Рентиана предполагает, что это достигается с помощью модульной структуры схемы. Мы также оценили степень активности в микросхеме V1 с точной временной структурой. Если мы рассмотрим все активации цепей в визуализированном поле зрения, то очень небольшое подмножество нейронов показало бы постоянную во времени пиковую активность пери-событий во всех активациях цепей.Однако, если мы сначала рассмотрим пространственно определенную идентичность цепи, мы обнаружили значительное и существенное увеличение количества нейронов, которые были точными во времени. В совокупности это привело к структурированным мультинейронным активациям, специфичным для каждой пространственно определенной функциональной цепи. Вместе эти данные предполагают, что микросхема V1 имеет значительный потенциал для кодирования нескольких паттернов активности, что может быть полезной стратегией, учитывая относительно небольшое количество нейронов в этой области мозга у видов мышей.

Схема

V1 была описана как дихотомия между возбуждением с прямой связью и боковым ингибированием, часто в контексте селективности ориентации (Ringach et al., 1997). Наши данные показывают, что базовая связь V1 выражает комбинацию функций из обоих этих классов. Надежность, стереотипное время и средние траектории срабатывания сети вместе с показателями топологии потока указывают на сильную прямую связь, как ранее описано в ювенильной мыши V1 (Ko et al., 2013). Тем не менее, этот привод с прямой связью также уравновешивается повторяемостью, о чем свидетельствует то, что данные топологии V1 попадают на полпути между случайной топологией и переставленной топологией при вычислении иерархии потоков. Это согласуется с постулатом, что минимальное количество повторений необходимо для поддержания мультинейрональной паттернированной активности или траекторий (Helias et al., 2013). В этих сетях не встречаются строгие пространственные ограничения, что позволяет предположить, что многоколоночная обработка данных является основной парадигмой сетевой активации.Поскольку наша деятельность не соответствовала конкретным стимулам, неизвестно, являются ли эти функциональные цепи проявлением настройки ориентации или, скорее, отражением других процессов. Если функциональная столбчатая структура мыши была преобразована в онтогенетические колонки (Li et al., 2012; Ohtsuki et al., 2012), это могло бы объяснить богатую дисперсную, но структурированную активность, которую мы наблюдали в наших данных.

Теоретическое исследование показало, что анатомически структурированная связность не является необходимой для возникновения ориентационной избирательности в зрительной коре (Hansel and van Vreeswijk, 2012).Вместо этого баланс торможения и возбуждения может вызвать избирательную спайковую активность. Наши данные показывают, что, хотя нейроны с ориентационной селективностью не организованы в пространстве в мышиной V1, функциональная микросхема имеет последовательные и структурированные статистические особенности организации. Предыдущее исследование показало, что нейроны, которые проявляют коррелированную активность, обусловленную естественными сценами, с большей вероятностью будут связаны между собой, что согласуется с сильной связью между структурой и функцией (Ko et al., 2011, 2013; Харрис и миссис-Флогель, 2013 г.). Тесная связь между функцией и синаптической связностью предполагает, что структура, обнаруженная в функциональных графах, отражает структуру лежащей в основе связности и согласуется с парными правилами связности в V1 (Harris and Mrsic-Flogel, 2013). Подразумевается, что микросхема мыши V1 в высшей степени неслучайна (Song et al., 2005).

Мы рассматриваем подготовку среза как автономную систему, которая позволяет нам изолировать, а затем изучать локальные связи, определяющие кортикальную микросхему.Дальнейшая работа по пониманию роли связности в корковой динамике и поведении потребует сочетания исследований на уровне in vitro и in vivo . Эксперименты с использованием флуоресцентных шариков в качестве фидуциарных маркеров (Ko et al., 2011, 2013) уже позволили исследователям добиться важного прогресса, объединив эти два уровня исследования.

Обработка информации, по крайней мере, частично опосредована пространственно-временной последовательностью активации в нейронных цепях.Возможно, неудивительно, что идентичность и последовательность пиков в предыдущем нейрональном пуле определяют время, в которое нейрон достигает порога для генерации потенциала действия. Мы обнаружили, что, хотя нейроны являются общими для нескольких цепей, только небольшое подмножество нейронов демонстрирует инвариантный всплеск пери-события. Вместо этого большинство нейронов проявляют активность всплесков пери-событий, которая уникальна для активного кластера цепей. Таким образом, время спайков определяется скорее идентичностью цепи, чем нейронной идентичностью.Способность нейрона надлежащим образом участвовать в траекториях множества цепей обеспечивает возможность для большого динамического диапазона временных паттернов, учитывая ограниченную популяцию нейронов для кодирования информации.

Введение в нейроны и нейронные сети | Раздел 1, Вступительная глава | Neuroscience Online: Электронный учебник для неврологии | Кафедра нейробиологии и анатомии

Три фунта желеобразного материала, обнаруженные в наших черепах, — это самая сложная машина на Земле и, возможно, во Вселенной.Его феноменальные свойства были бы невозможны без сотен миллиардов нейронов, из которых он состоит, и, что важно, без связей между этими нейронами. К счастью, многое известно о свойствах отдельных нейронов и простых нейронных сетей, и аспекты сложных нейронных сетей начинают разгадываться. Эта глава начнется с обсуждения нейрона, элементарного узла или элемента мозга, а затем перейдет к обсуждению способов, которыми отдельные нейроны общаются друг с другом.Что делает нервную систему таким фантастическим устройством и отличает мозг от других органов тела, так это не то, что она имеет 100 миллиардов нейронов, а то, что нервные клетки способны взаимодействовать друг с другом таким высокоструктурированным образом, что формируют нейронные сети. . Чтобы понять нейронные сети, необходимо понять способы, которыми один нейрон общается с другим через синаптические связи, и процесс, называемый синаптической передачей. Синаптическая передача бывает двух основных видов: возбуждение и торможение.Всего несколько взаимосвязанных нейронов (микросхема ) могут выполнять сложные задачи, такие как опосредовать рефлексы, обрабатывать сенсорную информацию, генерировать движения и опосредовать обучение и память. Более сложные сети ( макросхемы, ) состоят из множества встроенных микросхем. Макросхемы опосредуют высшие функции мозга, такие как распознавание объектов и познание. Итак, в нервной системе повсеместно встречаются сети нескольких уровней. Сети также преобладают в пределах нейронов.Эти наноцепи составляют лежащий в основе биохимический механизм для обеспечения ключевых свойств нейронов, таких как обучение и память, а также генезиса ритмичности нейронов.

Нейрон

Основные морфологические особенности нейронов
100 миллиардов нейронов в головном мозге имеют ряд общих черт (рис. 1). Нейроны отличаются от большинства других клеток тела тем, что они поляризованы и имеют различные морфологические области, каждая из которых выполняет определенные функции. Дендриты — это область, где один нейрон получает связи от других нейронов. Тело клетки или soma содержит ядро ​​и другие органеллы, необходимые для клеточной функции. Аксон является ключевым компонентом нервных клеток, по которому информация передается от одной части нейрона (например, тела клетки) к концевым областям нейрона. Аксоны могут быть довольно длинными, достигая метра или около того в некоторых сенсорных и двигательных нервных клетках человека.Синапс является конечной областью аксона, и именно здесь один нейрон образует соединение с другим и передает информацию посредством процесса синаптической передачи . Нейрон цвета морской волны на рисунке 1 (щелкните «Нейрон, связанный с постсинаптическим нейроном») называется постсинаптическим нейроном. Терминал коричневого цвета слева, следовательно, называется пресинаптическим нейроном. Один нейрон может получать контакты от множества разных нейронов.На рисунке 1 (щелкните «Нейрон, получающий синаптический вход») показан пример трех пресинаптических нейронов, контактирующих с одним постсинаптическим нейроном коричневого цвета, но было подсчитано, что один нейрон может получать контакты до 10 000 других клеток. Следовательно, потенциальная сложность сетей огромна. Точно так же любой нейрон может контактировать до 10 000 постсинаптических клеток. (Обратите внимание, что нейрон коричневого цвета, который был пресинаптическим по отношению к нейрону цвета морской волны, является постсинаптическим по отношению к розовым, зеленым и синим нейронам.Таким образом, большинство «пресинаптических» нейронов являются «постсинаптическими» по отношению к некоторым другим нейронам.

Рисунок 1 (щелкните «Синапс») также показывает расширенный вид синапса. Обратите внимание, что пресинаптическая клетка не связана напрямую с постсинаптической клеткой. Они разделены промежутком, известным как синаптическая щель . Следовательно, чтобы общаться с постсинаптической клеткой, пресинаптический нейрон должен выпускать химический мессенджер. Этот посланник находится в везикулах , содержащих нейротрансмиттер, (синие точки обозначают нейромедиатор).Потенциал действия, который проникает в пресинаптический терминал, заставляет эти пузырьки сливаться с внутренней поверхностью пресинаптической мембраны и высвобождать их содержимое посредством процесса, называемого экзоцитоз . Освободившийся передатчик диффундирует через промежуток между пре- и постсинаптической клеткой и очень быстро достигает постсинаптической стороны синапса, где связывается со специализированными рецепторами, которые «распознают» передатчик. Связывание с рецепторами приводит к изменению проницаемости ионных каналов в мембране и, в свою очередь, к изменению мембранного потенциала постсинаптического нейрона, известного как постсинаптический синаптический потенциал (PSP) .Таким образом, передача сигналов между нейронами связана с изменениями электрических свойств нейронов. Чтобы понять нейроны и нейронные цепи, необходимо понимать электрические свойства нервных клеток.

Потенциал покоя и потенциал действия

Потенциалы покоя. На рис. 2 показан пример идеализированной нервной клетки. Во внеклеточную среду помещен микроэлектрод. Микроэлектрод — это не что иное, как небольшой кусок стеклянной капиллярной трубки, который растягивается под действием тепла, образуя очень тонкий наконечник, порядка 1 микрона в диаметре.Микроэлектрод заполняется проводящим раствором и затем подключается к подходящему записывающему устройству, например, осциллографу или самописцу. Когда электрод находится вне клетки во внеклеточной среде, регистрируется нулевой потенциал, поскольку внеклеточная среда является изопотенциальной. Однако, если электрод проникает в ячейку так, что кончик электрода теперь находится внутри ячейки, на записывающем устройстве наблюдается резкое отклонение. Регистрируется потенциал около -60 милливольт внутри отрицательного по отношению к внешней стороне.Этот потенциал называется потенциалом покоя и остается постоянным в течение неопределенных периодов времени при отсутствии какой-либо стимуляции. Если электрод удален, снова регистрируется нулевой потенциал. Потенциалы покоя — это не просто характеристики нервных клеток; все клетки тела обладают потенциалом покоя. Нервные клетки и другие возбудимые мембраны (например, мышечные клетки) отличает то, что они способны изменять свой потенциал покоя. В случае нервных клеток для интеграции информации и передачи информации, а в случае мышечных клеток — для производства мышечных сокращений.

Потенциалы действия. На рисунке 3 показан еще один эскиз идеализированного нейрона. Этот нейрон был пронзен одним электродом для измерения потенциала покоя и вторым электродом, называемым стимулирующим электродом. Стимулирующий электрод подключается к батарее через переключатель. Если батарея ориентирована так, что положительный полюс подсоединен к переключателю, замыкание переключателя сделает внутреннюю часть элемента несколько более положительной в зависимости от размера батареи.(Такое уменьшение поляризованного состояния мембраны называется деполяризацией ). На фиг. 3 представлена ​​анимация, в которой переключатель многократно открывается и закрывается, и каждый раз, когда он замыкается, в схему подключается батарея большего размера. Первоначально замыкание переключателя вызывает только небольшие деполяризации. Однако потенциалы становятся больше, и в конечном итоге деполяризация становится достаточно большой, чтобы вызвать потенциал действия , также известный как импульс или импульс .Потенциал действия связан с очень быстрой деполяризацией, позволяющей достичь пикового значения около +40 мВ всего за 0,5 миллисекунды (мс). За пиком следует столь же быстрая фаза реполяризации .

Напряжение, при котором деполяризация становится достаточной для запуска потенциала действия, называется порогом . Если батарея большего размера используется для генерации надпороговой деполяризации, единичный потенциал действия по-прежнему генерируется, и амплитуда этого потенциала действия такая же, как потенциал действия, запускаемый только пороговым стимулом.Простая запись на рисунке 3 иллюстрирует две очень важные особенности потенциалов действия. Во-первых, они вызываются методом «все или ничего» . Либо потенциал действия вызывается стимулами на уровне порога или выше, либо потенциал действия не вызывается. Во-вторых, потенциалы действия — это очень короткие события продолжительностью всего несколько миллисекунд. Запуск потенциала действия в некоторой степени аналогичен подаче спички на предохранитель. Определенная температура необходима для воспламенения предохранителя (т.е.е., предохранитель имеет порог). Спичка, выделяющая большее количество тепла, чем пороговая температура, не приведет к тому, что предохранитель будет гореть ярче или быстрее. Так же, как потенциалы действия вызываются по принципу «все или ничего», они также передаются по принципу «все или ничего». Как только потенциал действия инициируется в одной области нейрона, такой как тело клетки, этот потенциал действия будет распространяться по аксону (как горящий предохранитель) и в конечном итоге проникнет в синапс, где он может инициировать процесс синаптической передачи.

В примере на рисунке 3 был сгенерирован только один потенциал действия, потому что продолжительность каждого из двух надпороговых стимулов была настолько короткой, что было достаточно времени только для инициирования одного потенциала действия (т. Е. Стимул закончился раньше, чем потенциал действия завершил свой цикл деполяризации-реполяризации). Но, как показано в анимации на Рисунке 4, более продолжительные стимулы могут привести к инициированию множественных потенциалов действия, частота которых зависит от интенсивности стимула.Таким образом, очевидно, что нервная система кодирует информацию не с точки зрения изменения амплитуды потенциалов действия, а с точки зрения их частоты. Это очень универсальное свойство. Чем выше интенсивность механического стимула к сенсорному рецептору, тем больше количество потенциалов действия; чем больше растягивается рецептор растяжения мышцы, тем больше количество потенциалов действия; чем больше интенсивность света, тем большее количество потенциалов действия передается в центральную нервную систему.Точно так же в двигательной системе, чем больше количество потенциалов действия в двигательном нейроне, тем сильнее будет сокращение мышцы, которая получает синаптическую связь от этого двигательного нейрона. Инженеры называют этот тип кодирования информации частотно-импульсной модуляцией .

Синаптические потенциалы и синаптическая интеграция

На рисунке 5 показаны три нейрона. Зеленый цвет будет называться возбуждающим нейроном по причинам, которые вскоре станут ясны.Он соединяется с постсинаптическим нейроном синего цвета. Следы ниже (нажмите «Play») иллюстрируют последствия запуска потенциала действия в зеленом нейроне. Этот потенциал действия в пресинаптическом нейроне приводит к снижению мембранного потенциала постсинаптической клетки. Мембранный потенциал изменяется от значения покоя около -60 милливольт до более деполяризованного состояния. Этот потенциал называется возбуждающим постсинаптическим потенциалом (ВПСП) .Он является «возбуждающим», потому что перемещает мембранный потенциал к пороговому значению, и является «постсинаптическим», потому что это потенциал, зарегистрированный на постсинаптической стороне синапса. Обычно (и это важный момент) единичный потенциал действия в пресинаптической клетке не производит ВПСП, достаточно большого, чтобы достичь порога и запустить потенциал действия. Но если в пресинаптической клетке запускаются множественные потенциалы действия, соответствующие множественные возбуждающие потенциалы могут суммироваться посредством процесса, называемого временным суммированием , для достижения порога и запуска потенциала действия.ВПСП можно рассматривать как «сигнал движения» постсинаптическому нейрону для передачи информации по сетевому пути.

Нейрон красного цвета на рисунке 5 называется тормозным нейроном. Как и зеленый нейрон, он также устанавливает синаптический контакт с синим постсинаптическим нейроном. Он также высвобождает химический передатчик-мессенджер, но последствия связывания передатчика от синей клетки с рецепторами на постсинаптической клетке противоположны последствиям передатчика, выпущенного зеленым нейроном.Следствием потенциала действия красного пресинаптического нейрона является увеличение мембранного потенциала синего постсинаптического нейрона. Мембранный потенциал более отрицательный, чем был раньше (гиперполяризация ), и поэтому мембранный потенциал дальше от порогового значения. Этот тип потенциала называется ингибирующим постсинаптическим потенциалом (IPSP) (IPSP) , потому что он предотвращает активацию постсинаптического нейрона потенциала действия. Это «стоп-сигнал» для постсинаптической клетки.Таким образом, зеленый нейрон говорит «вперед», а красный нейрон говорит «стоп». Что же делать постсинаптическому нейрону?

Нейроны похожи на счетные машины. Они постоянно складывают возбуждающий и тормозной синаптический вход во времени (временное суммирование) и по площади дендритов, получающих синаптические контакты ( пространственное суммирование) , и если это суммирование находится на пороговом уровне или выше, они запускают потенциал действия. Если сумма ниже порога, потенциал действия не инициируется.Этот процесс называется синаптической интеграцией и проиллюстрирован на рисунке 5. Первоначально два потенциала действия в зеленом нейроне вырабатывали суммирующие ВПСП, которые запускали потенциал действия в синем нейроне. Но если IPSP от тормозного нейрона возникает непосредственно перед двумя потенциалами действия в возбуждающем нейроне, сумма одного IPSP и двух EPSP ниже порогового значения, и в постсинаптической клетке не возникает никакого потенциала действия. Тормозящий нейрон (и ингибирование в целом) — это способ стробирования или регулирования способности возбуждающего сигнала запускать постсинаптическую клетку.

Нейронные сети

Мотивы микросетей

Как указывалось ранее в этой главе, нейрон может получать контакты до 10 000 пресинаптических нейронов, и, в свою очередь, любой нейрон может контактировать до 10 000 постсинаптических нейронов. Комбинаторная возможность может привести к чрезвычайно сложным нейронным цепям или сетевым топологиям , которые могут быть очень трудными для понимания. Но, несмотря на потенциально огромную сложность, многое можно узнать о функционировании нейронных цепей, исследуя свойства подмножества простых конфигураций цепей.На рисунке 6 показаны некоторые из этих мотивов микросхем или микросетей. Несмотря на простоту, они могут делать многое из того, что должна делать нервная система.

Возбуждение с прямой связью . Позволяет одному нейрону передавать информацию своему соседу. Длинные их цепочки можно использовать для передачи информации через нервную систему.

Запрещение прямой связи .Пресинаптическая клетка возбуждает тормозящий интернейрон (интернейрон — это нейрон, расположенный между двумя нейронами), и этот тормозной интернейрон затем подавляет следующую клетку-последователь. Это способ выключения или ограничения возбуждения в нейроне ниже по потоку в нейронной цепи.

Схождение / расхождение . Одна постсинаптическая клетка получает конвергентный вход от ряда различных пресинаптических клеток, и любой отдельный нейрон может создавать дивергентные связи со многими разными постсинаптическими клетками.Дивергенция позволяет одному нейрону общаться со многими другими нейронами в сети. Конвергенция позволяет нейрону получать входные данные от многих нейронов в сети.

Боковое торможение . Пресинаптическая клетка возбуждает тормозящие интернейроны, и они подавляют соседние клетки в сети. Как подробно описано ниже в этой главе, этот тип схемы может использоваться в сенсорных системах для улучшения контуров.

Обратная связь / повторное запрещение .На панели E1 пресинаптическая клетка соединяется с постсинаптической клеткой, а постсинаптическая клетка, в свою очередь, соединяется с интернейроном, который затем подавляет пресинаптическую клетку. Этот контур может ограничивать возбуждение в пути. Некоторое начальное возбуждение будет отключено после того, как красный интернейрон станет активным. На панели E2 каждый нейрон в замкнутой цепи подавляет нейрон, с которым он связан. Казалось бы, эта схема ничего не делает, но, как будет показано далее в этой главе, она может привести к генерации сложных паттернов всплесковой активности.

Обратная связь / рекуррентное возбуждение . На панели F1 пресинаптический нейрон возбуждает постсинаптический нейрон, а этот постсинаптический нейрон возбуждает пресинаптический нейрон. Этот тип цепи может выполнять функцию переключателя, потому что, как только пресинаптическая клетка активируется, эта активация может сохраняться. Активация пресинаптического нейрона могла включить эту сеть, и она могла остаться. На панели F2 показаны варианты возбуждения по обратной связи, при которых пресинаптический нейрон возбуждает постсинаптический нейрон, который может по обратной связи возбуждать сам себя (a, аутапс , ) или другие нейроны, которые в конечном итоге имеют обратную связь (b) с самим собой.

Эти простые мотивы — вездесущие компоненты многих нейронных цепей. Давайте рассмотрим несколько примеров того, на что способны эти сети.

Возбуждение с прямой связью и подавление с прямой связью

Одна из наиболее изученных микросхем — это схема, которая обеспечивает простое рефлекторное поведение. На рисунке 7 показана схема так называемого рефлекса рефлекса коленного рефлекса или растяжения. Невролог ударяет резиновым молоточком по колену, в результате чего нога разгибается.Этот тест используется как простой способ проверить целостность некоторых сенсорных и моторных путей в спинном мозге. Удар молотка растягивает мышцу и приводит к возникновению потенциалов действия в сенсорных нейронах внутри мышцы, которые чувствительны к растяжению. (Потенциалы действия представлены маленькими яркими «огоньками» на анимации.) Потенциалы действия инициируются по принципу «все или ничего» и распространяются в спинной мозг, где аксон разделяется (раздваивается) на две ветви.

Давайте сначала обсудим ветвь слева, которая формирует синаптическую связь (зеленый треугольник) с Extensor (E) мотонейроном (окрашен в синий цвет). Потенциал действия сенсорного нейрона вторгается в синаптический терминал сенсорного нейрона, вызывая высвобождение медиатора и последующее возбуждение двигательного нейрона. Растяжение мышцы приводит к потенциалу действия в двигательном нейроне (МН), который затем распространяется по периферическому нерву и вторгается в синапс в мышце, вызывая высвобождение передатчика и потенциал действия в мышце.Потенциал действия в мышечной клетке приводит к сокращению мышцы и разгибанию конечности. Итак, здесь у нас есть простая схема возбуждения с прямой связью, которая опосредует поведение.

Теперь давайте рассмотрим правую ветвь аксона сенсорного нейрона на рисунке 7. Потенциал действия сенсорного нейрона вторгается в синаптический терминал сенсорного нейрона, вызывая высвобождение медиатора и последующее возбуждение постсинаптического интернейрона, окрашенного в черный цвет.Этот нейрон называется интернейроном , потому что он расположен между одним нейроном (здесь SN) и другим нейроном (здесь MN). Возбуждение интернейрона приводит к инициированию действия и последующему высвобождению передатчика из пресинаптического терминала интернейрона (черный треугольник), но для этой ветви цепи передатчик ведет к IPSP в постсинаптическом сгибателе (F ) мотонейрон (окрашен в красный цвет). Функциональные последствия этого подавления прямой связи заключаются в уменьшении вероятности того, что двигательный нейрон-сгибатель станет активным и вызовет несоответствующее сгибание ноги.

Сходимость и расхождение

Упрощенная схема, опосредующая рефлекс растяжения, представлена ​​на рисунке 8. Однако правильное функционирование схемы рефлекса растяжения также зависит от конвергенции и расхождения. Один сенсор имеет несколько ветвей, которые расходятся и образуют синаптические связи со многими отдельными моторными нейронами (щелкните «Дивергенция»). Следовательно, когда мышца сокращается в результате нажатия невролога, это происходит потому, что несколько мышечных волокон активируются одновременно несколькими двигательными нейронами.Кроме того, когда мышца растягивается, активируется не один, а несколько сенсорных нейронов, и все сенсорные нейроны проецируются в спинной мозг, где они сходятся к отдельным моторным нейронам-разгибателям (нажмите «Конвергенция»). Итак, рефлекс растяжения возникает из-за комбинированных эффектов активации нескольких сенсорных нейронов и моторных нейронов-разгибателей.

Боковое торможение

Улучшение края.Боковое торможение очень важно для обработки сенсорной информации. Одним из примеров является явление в зрительной системе, называемое усилением краев. На рисунке 9 показаны две полосы: темно-серая полоса слева и светло-серая полоса справа. Хотя темная полоса и светлая полоса имеют одинаковую яркость по всему полю, при внимательном рассмотрении обнаруживается, что светло-серая полоса кажется несколько светлее на границе темно-серой полосы, чем в других областях поля.Напротив, темно-серая полоса на границе выглядит несколько темнее, чем в других областях темного поля. Это явление улучшения границ, которое помогает визуальной системе извлекать важную информацию из визуальных сцен. Усиление краев опосредуется, по крайней мере частично, боковым торможением в сетчатке.

Давайте сначала рассмотрим схему без бокового торможения (Рисунок 10, щелкните «Без бокового торможения»). Свет падает на сетчатку (Часть A), а его интенсивность можно описать ступенчатым градиентом (Часть B).Для упрощения предположим, что темно-серая область имеет интенсивность пяти единиц, а светло-серая область — десять единиц. Градиент света активирует фоторецепторы, и фоторецепторы создают синаптические связи с нейронами второго порядка. Предположим, что интенсивность света 5 единиц приводит к 5 всплескам / с, а интенсивность света 10 единиц приводит к 10 всплескам / с (Часть C) в фоторецепторах, и что синаптическая сила достаточна (здесь обозначена как +1) так что интенсивность света 5 единиц приводит к 5 импульсам / с, а интенсивность света 10 единиц приводит к 10 импульсам / с (Часть C) соответственно в нейронах второго порядка.Если никакой дальнейшей обработки информации не происходит, воспринимаемый градиент будет точно таким же, как градиент интенсивности света (часть B, красный след). Но это не то, что воспринимается, и латеральное торможение объясняет разницу.

Теперь рассмотрим расширенную схему с боковым торможением (нажмите «С боковым торможением»). Каждый из фоторецепторов устанавливает тормозные синаптические связи со своим соседним нейроном второго порядка. Сила подавления (обозначается -0.2) меньше силы возбуждения (пожертвовано +1). Прежде чем смотреть на границу, рассмотрите выход схемы в однородных областях каждого поля. Далеко справа от границы все клетки получают одинаковое возбуждение и одинаковое торможение. Без бокового торможения интенсивность света в 10 единиц произвела бы 10 импульсов в секунду в нейроне второго порядка. Но из-за тормозящего соединения со стороны соседних нейронов справа и слева выходная мощность снижается до 6 импульсов в секунду.То же самое верно для клеток, расположенных далеко слева от границы, но величина возбуждения меньше и, соответственно, величина торможения меньше. Ключевая обработка происходит на границе или краю. Обратите внимание, что нейрон справа от границы получает такое же подавление от нейрона справа от нее, но получает меньшее подавление от нейрона слева от него на другой стороне границы. Следовательно, он получает больше чистого возбуждения и имеет выходной сигнал 7 пиков / с, а не 6 пиков / с его соседа справа.Теперь посмотрите на нейрон слева от границы. Он получает слабое торможение от своего соседа слева, но более сильное торможение от своего соседа справа по другую сторону границы. Следовательно, он получает меньше чистого возбуждения и имеет выходную мощность 2 пика / с, а не 3 пика / с его соседа слева. Таким образом, в результате бокового торможения информация, передаваемая в нервную систему, и воспринимаемый градиент будут версией исходной с усиленной границей или краем (рис. 10B)!

диапазонов Маха.Простая схема сетчатки с боковым торможением может объяснить феномен усиления краев. Этим также можно объяснить визуальную иллюзию, известную как полосы Маха. На рисунке 11 показан градиент светлых и темных вертикальных полос, поперек которых проходит тонкая горизонтальная линия. Похоже, что горизонтальная линия имеет неравномерное распределение интенсивности: она темнее в области светлых вертикальных градиентов и светлее в области темных вертикальных градиентов. Это зрительная иллюзия .Иллюзию можно раскрыть, поместив маску поверх вертикального градиента. (Нажмите «Play», чтобы добавить маску.) Теперь вы можете видеть, что горизонтальная полоса имеет равномерную интенсивность. В некоторых областях он воспринимается более темным, потому что клетки сетчатки, которые реагируют на более темную область горизонтальной полосы, сильно подавляются клетками, реагирующими на яркую область вертикальной полосы. Напротив, полоса воспринимается ярче в некоторых областях, потому что клетки сетчатки, которые реагируют на более светлую область горизонтальной полосы, только слабо ингибируются клетками, реагирующими на темную область вертикальной полосы.

Обратная связь / запрет повторения

Запрет обратной связи в микросхемах. Подавление обратной связи играет общую роль в гашении возбуждения через нейронную цепь. Классическим примером является клетка Реншоу в спинном мозге. Аксон ветви спинномозгового мотонейрона. Одна ветвь иннервирует мышцу, как описано ранее (например, рис. 7), а другая ветвь создает возбуждающую синаптическую связь с интернейроном, называемым клеткой Реншоу.Интернейрон, в свою очередь, подавляет двигательный нейрон, замыкая петлю. Другой пример подавления обратной связи обнаружен в гиппокампе. Пирамидные клетки СА3-типа создают возбуждающие связи с клетками корзины и обратную связь с клетками корзины, чтобы ингибировать клетки СА3. Термин повторяющееся ингибирование применяется к простым схемам подавления обратной связи, таким как цепь Реншоу в спинном мозге и цепь корзиночных клеток в гиппокампе.

Подавление обратной связи в наноцепях.Подавление обратной связи распространено не только во многих нейронных цепях; это также распространено в биохимических цепях. Здесь он может служить подложкой для генерации колебаний. Они могут охватывать несколько временных масштабов от секунд до дней в зависимости от молекулярных компонентов схемы.

Рис. 12. Данные Byrne, Canavier, Lechner, Clark and Baxter, 1996.

1. Эндогенное взрывное поведение в нейронах.Идеализированный нейрон, описанный ранее в этой главе, молчал в отсутствие стимуляции (например, рисунок 3). Однако некоторые нейроны активируют потенциалы действия в отсутствие стимуляции, и в некоторых случаях паттерны возбуждения могут демонстрировать взрывной паттерн, в котором последовательные высокочастотные всплески активности сменяются периодами покоя. Такие нейронные свойства могут быть важны для создания ритмического поведения, такого как дыхание. На рисунке 12 показан пример записи нейрона беспозвоночного, имеющего эндогенный импульсный ритм.Этот конкретный нейрон называется параболическим всплеском, потому что характер интервалов между всплесками является длинным в начале и в конце цикла всплеска, но очень коротким в середине цикла. Клетка запускает всплеск потенциалов действия, а затем замолкает, но вскоре происходит еще один всплеск, и этот процесс продолжается бесконечно каждые десять-пятнадцать секунд. Взрыв происходит, даже если нейрон хирургическим путем удален из ганглия и помещен в культуру, чтобы не было синаптических связей с другими нейронами.Таким образом, для этого ритма не требуется нейронная сеть — она ​​эндогенная. Но это действительно связано с наноконтролем внутри клетки. На рисунке 13A показана очень упрощенная версия этой сети, в которой подчеркивается ключевой принцип работы. Критическим для этой сетевой функции является канал в мембрана (обозначена g _SI ), проницаемая для Ca ²⁺ . Поскольку концентрация Ca ²⁺ относительно высока во внеклеточной среде и низка внутри клетки, Ca ²⁺ будет двигаться вниз по градиенту концентрации и тем самым деполяризует клетку.В конце концов, деполяризация достигает порога, и клетка начинает срабатывать. Обжиг приводит к дополнительному притоку Ca ²⁺ (зеленая стрелка) и накоплению Ca ²⁺ внутри клетки. Ключевым этапом является то, что накопление Ca ²⁺ ингибирует (красная стрелка) дальнейший приток кальция и прекращает всплеск. Всплеск остается прекращенным, пока уровни внутриклеточного Ca ²⁺ остаются повышенными. Но уровни Ca ²⁺ не остаются повышенными надолго.Они восстанавливаются внутриклеточными буферами и удаляются из клетки с помощью насосов (I _NaCa и I _CaP ). Когда внутриклеточные уровни Ca ²⁺ снижаются, ингибирование канала снимается (растормаживание ), и нейрон снова начинает деполяризоваться, и начинается новый всплеск. По сути, то, что мы видим здесь на уровне наносети, является повторением сети, препятствующей обратной связи (рис. 13B). Начальный процесс возбуждения приводит к активации тормозного процесса, который отключается, чтобы отключить процесс возбуждения.В такой сети возникнут колебания, если возбуждающее побуждение будет непрерывным, но тормозящий процесс ослабевает по своей эффективности.
   

2. Рисунок 14. По материалам Hastings et al., Nature Rev. Neurosci. , 2003.

   Циркадные ритмы.Второй пример подавления обратной связи — это наноцепь регуляции генов, лежащих в основе циркадных ритмов. Циркадный ритм позвоночных обусловлен работой группы нейронов в области мозга, называемой супрахиазматическим ядром, которая расположена чуть выше зрительного нерва. Эти нейроны оказывают сильное влияние как на высвобождение гормонов, таких как мелатонин, кортизол, так и на вегетативные функции, такие как температура тела (рис. 14). Несмотря на огромное влияние этого генератора, его работа сводится к очень простой схеме, и действительно, не к нейронной схеме, а к другой наноконтуре.Похоже, что основной механизм сохраняется у всех видов животных, включая человека. На рисунке 15 представлена ​​упрощенная принципиальная схема основных компонентов. При этом задействовано несколько генов, но основной механизм включает ген под названием на , где на соответствует периоду. Этот ген был впервые идентифицирован у плодовой мухи Drosophila , но также присутствует у позвоночных. Ген на приводит к продукции на матричной РНК. на мРНК покидает ядро ​​и попадает в цитоплазму, где приводит к синтезу белка PER.PER диффундирует или транспортируется обратно в ядро, где репрессирует дальнейшую транскрипцию гена на . Концептуально эта система очень похожа на механизм разрывного нейрона, рассмотренный выше. Ген активируется, он производит сообщение и белок, а белковая обратная связь подавляет экспрессию гена. Но как цикл повторяется? Ключевым механизмом является деградация PER. Белок PER разлагается и разлагается в течение 24 часов.Так как белок PER разрушается, подавление или подавление снимается (растормаживание), позволяя этому гену снова начать создавать информационную РНК и белок. Итак, как только этот цикл начинается, он повторяется снова и снова через 24 часа. Это основной механизм, лежащий в основе циркадных ритмов и мощного воздействия, которое они оказывают на ряд различных физиологических систем. По сути, все наши циркадные ритмы начинаются с сети подавления молекулярной обратной связи.

Запрет обратной связи в кольцевых цепях.Повторяющееся торможение может, по крайней мере в принципе, объяснить генерацию сложных двигательных паттернов, примером которых является передвижение на четвероногих ногах. Четвероногие животные интересны тем, что четвероногие способны не только двигать своими четырьмя ногами, но и генерировать различные типы циклов активности, называемые походками. На рисунке 16 показаны четыре аллюра. Первая панель — это прогулка (тап по собаке). Последовательность начинается с разгибания левой передней конечности. Затем следуют разгибания правой задней конечности, правой передней конечности и левой задней конечности.На рыси (вторая панель рисунка 16) (постукивание по собаке) левая передняя и правая задние конечности находятся в фазе друг с другом и на 180 градусов не совпадают по фазе с правой передней и левой задней конечностями. В связке (третья панель) (постукивание по собаке) левая передняя и правая передние конечности находятся в фазе, но на 180 градусов не совпадают по фазе с левой задней и задней задними конечностями. Галоп (четвертая панель) (постукивание по собаке) — вариант скачек, в котором есть небольшая разница фаз между правой и левой передними и задними конечностями.

Как нервная система генерирует эти походки? И нужны ли для каждой отдельные нейронные цепи? К сожалению, нейробиологи не знают ответов на эти вопросы, но поучительно изучить некоторые возможности. Это подход в области нейробиологии под названием Вычислительная и теоретическая нейробиология . Один из способов создания походки проиллюстрирован на рисунке 17. Возьмите четыре отдельных нейрона, каждый с эндогенной импульсной активностью, как показано ранее на рисунке 12, и назначьте активность в каждом из этих нейронов контролю конкретной конечности.Нейроны могут быть «запущены» так, чтобы у них были соответствующие фазовые соотношения для генерации походки, такие как граница, показанная на рисунке 16. Трудность будет заключаться в том, чтобы запустить нейроны точно в точное время. Другой проблемой могут быть небольшие «дрейфы» в колебательных периодах четырех независимых нейронов, которые со временем приведут к тому, что паттерн станет несогласованным (рис. 18). Эта собака не выиграет ни одной гонки и, вероятно, не сможет ходить.

Итак, очевидно, что нейроны должны быть связаны.Один из способов сделать это — использовать повторяющуюся цепь подавления, состоящую из четырех связанных нейронов, чтобы сформировать так называемую «кольцевую» схему, где каждый нейрон в цепи имеет эндогенную импульсную активность, и каждый нейрон связан с другим с помощью тормозной синаптической связи ( Рисунок 19A).

Рис. 19. По материалам Canavier, Butera, Dror, Baxter, Clark and Byrne, 1997.

Чтобы получить правильные фазовые соотношения для походок, вместо того, чтобы назначать нейрон 3 правую переднюю конечность, он назначается для управления правой задней конечностью, а нейрон 4 назначается для управления правой передней конечностью ( простой поворот схемы) (Рисунок 19Б).При реализации с помощью компьютерного моделирования эта единственная схема способна генерировать четвероногие ворота. Более того, одна и та же схема с небольшими изменениями свойств отдельных нейронов может генерировать каждую из четырех походок, показанных на рисунке 17 (рисунок 20).

Этот результат указывает на важный момент, касающийся нейронных сетей.Чтобы понять их, необходимо понимать не только топологию сети, но и природу связей между нейронами (являются ли они возбуждающими или тормозящими), а также свойства отдельных узлов (т. Е. нейроны). Кроме того, это моделирование иллюстрирует явление, называемое динамической реконфигурацией . Для генерации этих четырех разных походок не обязательно иметь четыре разные сети — все это можно сделать с помощью одной схемы.Фактическая схема, генерирующая четырехпедальную походку, более сложна, чем схема на рис. 19. Заинтересованный читатель может отсылать к недавнему обзору Оле Кейна (см. Дополнительную литературу).

Обратная связь / рекуррентное возбуждение

Периодическое возбуждение в наноцепях и микросхемах имеет решающее значение для процессов обучения и памяти. Обучение включает в себя изменения биофизических свойств нейронов и изменения синаптической силы. Накапливающиеся данные указывают на то, что положительная обратная связь внутри биохимических каскадов и генных сетей является важным компонентом для индукции и поддержания этих изменений.Более того, периодическое возбуждение обнаруживается по крайней мере в некоторых микросхемах, участвующих в процессах памяти. Яркий пример находится в области CA3 гиппокампа.

Рисунок 21. Изменено из Byrne and Roberts, 2009.

На рисунке 21 показаны основные характеристики рекуррентной возбуждающей цепи CA3. Шесть различных пирамидных нейронов гиппокампа обозначены как U , V , W , X , Y и Z .Каждый из этих нейронов получает синаптическую связь от пресинаптических нейронов, обозначенных a , b , c , d , e и f. Эти пресинаптические нейроны могут быть активными или неактивными: 0 и черный цвет представляют неактивный нейрон, а 1 и зеленый цвет указывают на активный. Важным аспектом этой схемы является то, что синаптические связи входного пути достаточно сильны, чтобы активировать (активировать) пирамидный нейрон, с которым они связаны.Например, если нейрон a активирован, будет активирован нейрон Z , который представлен как 1 на панели вывода. Эта топология — не что иное, как возбуждение с прямой связью. Взаимное возбуждение делает эту схему особенной. Например, нейрон Z и другие пирамидные нейроны имеют коллатерали аксонов, которые посредством обратной связи соединяются друг с другом. Но они не только устанавливают связь между собой. Каждый нейрон устанавливает связь с каждым из четырех других пирамидных нейронов в цепи.Таким образом, каждая пирамида получает сходящуюся информацию от всех других ячеек в сети, и, в свою очередь, выход каждого пирамидального нейрона расходится, чтобы установить синаптические связи со всеми другими пирамидными нейронами в цепи. (Следовательно, этот повторяющийся мотив возбуждения вложил в себя мотивы конвергенции и расхождения.) Матрица связности состоит из 36 элементов.

Чтобы эта сеть могла чему-либо научиться, в схему необходимо встроить правило обучения синаптической пластичности.Один из широко распространенных правил известен как Правило обучения Хебба . По сути, в нем говорится, что синапс изменит свою силу, если этот синапс активен (то есть высвобождает передатчик), и в то же время активна постсинаптическая клетка. Комбинация этого правила обучения и повторяющегося возбуждающего контура приводит к некоторым интересным эмерджентным свойствам. Например, если нейрон Z активируется входом a, , сила его связи с самим собой (синапс 1 ) изменится, как показано зеленым синапсом на рисунке 21 (анимация находится в 2-секундном цикле, чтобы иллюстрируют контрольные и модифицированные синапсы).Однако синапс 1 не будет единственным синапсом, который будет усилен. Например, синапс 13 также будет усилен, потому что нейрон Z был активен в то время, когда нейрон X был активирован входом c . Напротив, синапс 7 не усиливается, потому что нейрон Y не был активен в то же время, что и нейрон Z . Чистый эффект этой конвергенции и расхождения и правила обучения состоит в том, что исходный входной шаблон активности будет сохранен как изменения в элементах матрицы связности.Поэтому эта схема была названа сетью с автоматическим объединением . Важная концепция здесь заключается в том, что «память» находится не в каком-то одном синапсе; это распределено в сети .

Сводка

Значительный прогресс был достигнут в понимании того, как разные простые нейронные сети участвуют в обработке информации и опосредованном поведении. Возбуждение с прямой связью и торможение с прямой связью опосредуют рефлекторное поведение.Боковое торможение важно для усиления краев. Повторяющееся возбуждение — важный механизм памяти. Повторяющееся торможение может иметь важное значение для формирования локомоторного поведения. В этих микросхемах заложены сходимость и расхождение. Одни и те же типы сетевых мотивов воспроизводятся в биохимических и генных сетях.

Следующий уровень понимания находится на уровне нейронных сетей, которые опосредуют более сложные, так называемые функции мозга высшего порядка.Их понимание становится возможным благодаря использованию электрофизиологических и оптических методов записи и современных методов визуализации, таких как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) и диффузионно-тензорная визуализация (DTI) . ФМРТ позволяет исследователям идентифицировать области мозга, которые заняты когнитивными задачами, тогда как DTI позволяет визуализировать пути, связывающие одну область мозга с другой. Рисунок 22 (любезно предоставлено Тимом Элмором, доктором философии, отдел.из нейрохирургии, Медицинская школа Техасского университета в Хьюстоне) — вид сбоку человеческого мозга, показывающий пути, соединяющие корковые области, выявленные с помощью DTI !.

Рисунок 22. Предоставлено Тимом Элмором, доктором философии.

Распознавание объектов — это пример прогресса в понимании макросхем.Как показано на рисунке 23, обработка визуальной информации начинается в сетчатке, а затем затрагивает несколько областей коры, таких как затылочная кора и височная кора. Внутри этой макросхемы находятся модули, извлекающие информацию более высокого порядка. Предположительно, каждый модуль включает в себя сотни, если не тысячи отдельных микросхем. Задача на будущее — определить, как эти модули работают и как они взаимодействуют с другими модулями. Хотя соединения с прямой связью присутствуют, соединения с обратной связью и боковые соединения широко распространены.Задача огромна, но, возможно, достижению цели будет способствовать использование преимуществ того, что было изучено о принципах работы наносхем и микросхем. Чтобы понять макросхемы, необходимо знать больше, чем топологию сетевых соединений. Необходимо будет знать, как работает каждый модуль, и о динамике межмодульных соединений.

Рисунок 23.Из Феллемана и Ван Эссена, 1991.

Проверьте свои знания

Общие мотивы контуров, которые опосредуют рефлекс растяжения позвоночника, включают все следующие, ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ:

A. Возбуждение с прямой связью

B. Ингибирование с прямой связью

C. Подавление обратной связи

D. Боковое ингибирование

E.Дивергенция

Общие мотивы контуров, которые опосредуют рефлекс растяжения позвоночника, включают все следующие, ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ:

A. Возбуждение с прямой связью. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

B. Ингибирование с прямой связью

C. Подавление обратной связи

D. Боковое ингибирование

E. Дивергенция

Общие мотивы контуров, которые опосредуют рефлекс растяжения позвоночника, включают все следующие, ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ:

А.Возбуждение с прямой связью

B. Запрещение прямой связи. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

C. Подавление обратной связи

D. Боковое ингибирование

E. Дивергенция

Общие мотивы контуров, которые опосредуют рефлекс растяжения позвоночника, включают все следующие, ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ:

A. Возбуждение с прямой связью

B. Ингибирование с прямой связью

С.Подавление обратной связи. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

D. Боковое ингибирование

E. Дивергенция

Общие мотивы контуров, которые опосредуют рефлекс растяжения позвоночника, включают все следующие, ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ:

A. Возбуждение с прямой связью

B. Ингибирование с прямой связью

C. Подавление обратной связи

D. Боковое торможение. Ответ ПРАВИЛЬНЫЙ!

E.Дивергенция

Общие мотивы контуров, которые опосредуют рефлекс растяжения позвоночника, включают все следующие, ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ:

A. Возбуждение с прямой связью

B. Ингибирование с прямой связью

C. Подавление обратной связи

D. Боковое ингибирование

E. Расхождение. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

Процесс, посредством которого нейрон суммирует синаптическое возбуждение и торможение, называется:

А.Пластичность

B. Интеграция

C. Конвергенция

D. Частотно-импульсная модуляция

E. Растормаживание

Процесс, посредством которого нейрон суммирует синаптическое возбуждение и торможение, называется:

A. Пластичность. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

B. Интеграция

C. Конвергенция

Д.Частотно-импульсная модуляция

E. Растормаживание

Процесс, посредством которого нейрон суммирует синаптическое возбуждение и торможение, называется:

A. Пластичность

B. Интеграция. Этот ответ ПРАВИЛЬНЫЙ!

C. Конвергенция

D. Частотно-импульсная модуляция

E. Растормаживание

Процесс, посредством которого нейрон суммирует синаптическое возбуждение и торможение, называется:

А.Пластичность

B. Интеграция

C. Конвергенция Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

D. Частотно-импульсная модуляция

E. Растормаживание

Процесс, посредством которого нейрон суммирует синаптическое возбуждение и торможение, называется:

A. Пластичность

B. Интеграция

C. Конвергенция

Д.Частотно-импульсная модуляция. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

E. Растормаживание

Процесс, посредством которого нейрон суммирует синаптическое возбуждение и торможение, называется:

A. Пластичность

B. Интеграция

C. Конвергенция

D. Частотно-импульсная модуляция

E. Растормаживание Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

Сетевой мотив, лежащий в основе циркадных ритмов:

А.Временное суммирование

B. Пространственное суммирование

C. Подавление обратной связи

D. Возбуждение обратной связи

E. Боковое торможение

Сетевой мотив, лежащий в основе циркадных ритмов:

A. Временное суммирование. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

B. Пространственное суммирование

C. Подавление обратной связи

Д.Возбуждение обратной связи

E. Боковое торможение

Сетевой мотив, лежащий в основе циркадных ритмов:

A. Временное суммирование

B. Пространственное суммирование. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

C. Подавление обратной связи

D. Возбуждение обратной связи

E. Боковое торможение

Сетевой мотив, лежащий в основе циркадных ритмов:

А.Временное суммирование

B. Пространственное суммирование

C. Запрет обратной связи. Ответ ПРАВИЛЬНЫЙ!

D. Возбуждение обратной связи

E. Боковое торможение

Сетевой мотив, лежащий в основе циркадных ритмов:

A. Временное суммирование

B. Пространственное суммирование

C. Подавление обратной связи

Д.Возбуждение обратной связи. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

E. Боковое торможение

Сетевой мотив, лежащий в основе циркадных ритмов:

A. Временное суммирование

B. Пространственное суммирование

C. Подавление обратной связи

D. Возбуждение обратной связи

E. Боковое торможение. Ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

Сеть с автоматической ассоциацией важна для:

А.Рефлексы

B. Улучшение кромки

C. Память

D. Передвижение

E. Нейронные колебания

Сеть с автоматической ассоциацией важна для:

A. Рефлексы. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

B. Улучшение кромки

C. Память

D. Передвижение

E. Нейронные колебания

Сеть с автоматической ассоциацией важна для:

А.Рефлексы

B. Улучшение кромки Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

C. Память

D. Передвижение

E. Нейронные колебания

Сеть с автоматической ассоциацией важна для:

A. Рефлексы

B. Улучшение кромки

C. Память Этот ответ ПРАВИЛЬНЫЙ!

D. Передвижение

E.Нейронные колебания

Сеть с автоматической ассоциацией важна для:

A. Рефлексы

B. Улучшение кромки

C. Память

D. Передвижение. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

E. Нейронные колебания

Сеть с автоматической ассоциацией важна для:

A. Рефлексы

Б.Улучшение края

C. Память

D. Передвижение

E. Нейрональные колебания. Этот ответ НЕПРАВИЛЬНЫЙ.

Пожертвования Neuroscience Online помогут профинансировать разработку новых функций и контента.

intech% 20 Техническое описание микросхем и примечания по применению

ИНТЕК Аннотация: Усилитель INTECH Intech Microcircuits intech A-2685 intech a-300 Intech Advanced Аналоговый источник питания Intech Advanced Аналоговый усилитель Intech INTECH A-Amplifier 13U7 Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	JTT-73- 12-битный 10кфут / 10пФ ИНТЕК Усилитель INTECH Микросхемы Intech intech A-2685 интеч а-300 Intech Advanced Analog блок питания intech Аналоговый усилитель Intech Advanced INTECH A- Усилитель 13U7
IC 7400 Аннотация: IC-7400 ic7400 sheet ic7400 IC 7400 pin схема IC TTL 7400 free IC-7400 14 pin ic7400 Схема выводов E345D для всех микросхем СЕРИИ 7400 Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	E507E 00D13ME Т-51-10-12 ADC5200 12-битный 50 / мкс -590 мВт -MIL-STD-883 IC 7400 IC-7400 ic7400 лист ic7400 Схема выводов IC 7400 IC TTL 7400 бесплатно IC-7400 14-контактный из ic7400 E345D схема контактов для всех микросхем 7400 СЕРИИ
1998 — GDM12864A Аннотация: Сямэнь окуляр окуляр lcd 12864a 128 * 64 точек графический ЖК-дисплей ks0108 gdm12864 intech ITM-12864K0-002 GDM12864A LCM lcd 12864a lcd itm 128 * 64 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	GDM12864A ITM-12864A КС0107Б) КС0108Б) Сямэнь окуляр окуляр жк 12864a 128 * 64 точек графический ЖК-дисплей ks0108 gdm12864 intech ITM-12864K0-002 GDM12864A LCM жк 12864а жк итм 128 * 64
интеч Реферат: INTECH A- Усилитель intech A-300 INTECH Усилитель intech power supply A-300 intech power supply Intech Advanced Analog усилитель Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	ЯСЕНЬ-240 1KII33 Intech INTECH A- Усилитель интеч а-300 Усилитель INTECH блок питания intech A-300 блок питания intech Аналоговый усилитель Intech Advanced
Intech Advanced аналоговый Реферат: T-51-09-05 Intech Микросхемы INTECH a100 Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	4fiS5072 Т-51-09-05 Intech Advanced Analog Т-51-09-05 Микросхемы Intech INTECH a100
АЦП1600-2 Аннотация: 13-разрядный аналого-цифровой преобразователь intech 16-разрядный аналого-цифровой преобразователь intech Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	54T47 АЦП-1600-2 ADC1600-2 16-битный ADC1600-2 13-битный аналого-цифровой преобразователь intech 16-битный аналого-цифровой преобразователь intech
интеч Реферат: INTECH a-2685 «Преобразователь частоты в напряжение» intech Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF
интеч Реферат: INTECH A- Усилитель intech A-300 Intech Расширенный аналоговый усилитель INTECH 550 Усилитель INTECH Intech Microcircuits Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	ЯСЕНЬ-270 1К // 33 Intech INTECH A- Усилитель интеч а-300 Аналоговый усилитель Intech Advanced INTECH 550 Усилитель INTECH Микросхемы Intech
afa461 Аннотация: AHE2800S AHE2805S AHE2812S AHE2815S ADVA ADVA 750 MIL-STD-461B Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	Т-57-11 AHE2800S MIL-STD-704D 28 В постоянного тока 250 кГц.AHE2805S AHE2812S / AHE2815S afa461 AHE2805S AHE2812S AHE2815S ADVA ADVA 750 MIL-STD-461B
ИНТЕК Реферат: iti phone Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF
ИНТЕК Аннотация: 16-битный аналого-цифровой преобразователь intech Intech Microcircuits ADC1201 ADC1201KMP DOD133M 3db7 Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	M6E507S DOD133M ADC1201 12-битный ADC1201 46-Рис. ИНТЕК 16-битный аналого-цифровой преобразователь intech Микросхемы Intech ADC1201KMP 3дb7
INTECH A- Усилитель Аннотация: потенциометр 1850J 10к 0085 INTECH VDAC-1850 VDAC-1852 INTECH Advanced Analog VDAC1850N Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	j-51-09-05 80 МГц VDAC-1850 VDAC-1852 I04if INTECH A- Усилитель 1850J потенциометр 10к 0085 ИНТЕК INTECH Advanced Analog VDAC1850N
16-битный аналого-цифровой преобразователь intech Аннотация: ADC1140 Intech Advanced Analog intech 13-битный аналого-цифровой преобразователь Intech Microcircuits Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	DD133D Т-51-10-16 ADC1140 16 бит 16-битный аналого-цифровой преобразователь intech Intech Advanced Analog 13-битный аналого-цифровой преобразователь intech Микросхемы Intech
ADC574A Аннотация: ADC574AK pin DB9 1SV111 Intech Блок питания микросхем STS21 ADC-574AK Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	MAB5075 Т-51-1Q-12 ADC574A 12-БИТ ADC574AK контакт DB9 1SV111 Блок питания Intech Microcircuits STS21 ADC-574AK
Интех 550 Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	AHE2800S MIL-STD-704D AHE2812S / AHE2815S MIL-STD-883C 96 часов.Intech 550
интеч Реферат: Intech Microcircuits intech power supply Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	АШ-250 250-М. X 8 Intech Микросхемы Intech блок питания intech
ИТМ-4002ASTL Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	IT-III-ED-004 ITM-4002ASTL ITM-4002ASTL
160X160 Реферат: intech LCD ITM-16601BSTE INTECH S160 COM160 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	ITM-16601BSTE IT-III-ED-004 160X160 com80 com81 com160 S1-S80 160X160) S81-S160 intech LCD ITM-16601BSTE ИНТЕК S160 COM160
отн. 12в Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF
4A24T Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	ADC84 / 85/87 32-контактный 12-БИТ ADC84 / 85/87 25 В постоянного тока 54T47 ADC87 12 бит.4A24T
интеч а-300 Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	AL02800S 275 кГц. 1000 г IL-STD-1772 интеч а-300
бесплатная блок-схема черного и белого т Реферат: Intech Microcircuits power supply RGBDAC3808 Intech Microcircuits Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	4aHS07S Т-51-09-05 бесплатная блок-схема черного и белого т Блок питания Intech Microcircuits RGBDAC3808 Микросхемы Intech
Усилитель INTECH Аннотация: B25072 Intech Advanced Analog A-881 A881 «Преобразователь частоты в напряжение» intech A88-1 Микросхемы Intech Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF
Блок-схема интерфейса терминала crt блок-схема Аннотация: INTECH 77ti Intech Advanced Analog VDAC444E VDAC444 Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	VDAC444E MIL-STD-1772 блок-схема интерфейса терминала crt ИНТЕК 77ti Intech Advanced Analog VDAC444E VDAC444
интеч а-300 Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	PS2805 700 мА PS2805 MIL-STD-1772 интеч а-300

Микросхема для музыкального центра.Распространенные неисправности музыкальных центров. Принципиальная схема музыкального центра

Музыкальный центр предназначен для чтения СМИ, прослушивания радиопередач. Приемный модуль легко найти после разборки по наличию тонкого металлического (фольгового) экрана. Внутри стального ящика: усилитель высокой частоты, гетеродин, смеситель, другие каскады. Электронные микросхемы ремонту не подлежат, отдельные запчасти дороже, чем устройство в целом. В музыкальных центрах используется супергетеродинная схема с одним преобразованием частоты.Последний каскад представляет собой стереофонический усилитель низкой частоты, через который звук проходит на динамики музыкального центра. Развязка через транзисторные переключатели, регулируемые положением регулятора на передней панели бытового прибора … Ремонт музыкального центра своими руками не всегда возможно, интересно посмотреть, что внутри.

Типичный дизайн музыкального центра тысячелетия

Давайте попробуем посмотреть, как отремонтировать музыкальный центр Samsung самостоятельно. Попалось практическое техническое описание, будем читать.В следующий раз оставим ремонт музыкальных центров Sony. Радиоприемники в музыкальных центрах — широкополосные, и схемой создатели особо не заморачивались, сделали два тракта:

1. Для амплитудной модуляции на средних и низких частотах Ой.
2. Для частотной модуляции на УКВ.

Избегайте тонких деталей разделения полос, просто помните: маленькие FM-антенны принимают сигнал с частотной модуляцией. Дорожки могут быть выполнены как на одной микросхеме (как KA2295Q), так и по отдельности.Перед детектором оба пути несовместимы из-за специфики обработки сигналов. Можно усилить слабый, смешать с частотой гетеродина; Повторяем, до детектора дорожки идут отдельно. Преимущество интегрированного решения заключается в высокой специализации, автоматическая регулировка частоты избавляет от беспокойства о ненадежном приеме сигнала музыкальным центром.

Многие не представляют себе устройство, которое отказывается проигрывать кассеты.Колоды обычно две, на воспроизведение работают поочередно, управляются механически. На схемном уровне усилитель переключается на нужную головку. Ленточный привод с одним мотором тянет ленту, шпульки слегка подпружинены. Пути записи-воспроизведения раздельные, можно записать: кассету

• ;
• ствольная коробка-кассета;
• Считыватель лазерных дисков-кассет.

Сегодня добавляется чип для расшифровки MP3 и других форматов.Поток поступает в усилитель низкой частоты. Заметить микросхему несложно, корпус установлен под солидный радиатор солидных размеров. Здесь теряется львиная доля энергии, потребляемой музыкальным центром, остальные ступени работают с сигналом малой амплитуды.

Одновременное воспроизведение с магнитофона и лазерного диска не предусмотрено. Имеет смысл микшировать домашние авторские записи. Микрофон работает во всех режимах. Позволяет записывать караоке на пленку, подпевать артистам по радио.

Предусилители чтения-записи собраны на одной микросхеме, например, К22291. Ток стирания пленки генерируется транзисторным генератором. Понятно, что частота сильно отличается от звуковой. Нельзя забывать и о программном или микросхемном реализованном эквалайзере. Проще, чем тушеная репа, это каскад, который фокусируется на выбранной части спектра воспроизводимого трека. Принято слушать рок, наливающий басы на соседей, ФНЧ вносит свой вклад.

За работу привода лазерных дисков отвечает контроллер, отвечающий за фокусировку, отслеживание треков. В Samsung используется микросхема KA9220, которая управляет моторами через привод и усилители KA9258. Приводных двигателей два, один вращает диск, второй позиционирует головку. Контроллер KA9220 запускает работу, предварительно расшифровывает головной сигнал. Дальнейшая обработка звука осуществляется сигнальным процессором KS9282, волны корректируются и интерполируются.Для устранения высокочастотных помех фильтрация осуществляется микросхемой KA9270.

В музыкальном центре всегда есть системный контроллер. Микросхема, управляющая режимами работы оборудования. Некоторые музыкальные центры Samsung используют для этой цели MICOM LC866216. Для интерактивности контроллер дополнен панелью индикации и клавишами. Через интерфейс пользователь управляет музыкальным центром. На передней панели находится приемник инфракрасного излучения пульта управления.Стоит отметить: центральный контроллер анализирует положение ручки регулировки громкости, формирует сигналы для настройки усилителя низкой частоты (микросхема на большом радиаторе). Шина управления цифровая, поэтому не стоит искать регулятор громкости на транзисторе.

Импульсный источник питания. Он содержит фильтры входного сигнала, генератор высокочастотных импульсов, который управляет ключом на транзисторе, выходные фильтры и иногда выпрямители на диодах Шоттки. Напряжения стабилизируются.Трансформатор, предохранители вынесены на отдельную плату. Аппарат отказывается включаться — отсюда логично начинать ремонт музыкального центра своими руками. Питающих напряжений несколько, обязательно прозвонить вторичные обмотки.

Принципиальная схема музыкального центра

Рассмотрим ресивер. В случае музыкальных центров Samsung в диапазоне УКВ сигнал телескопической антенны поступает на преселектор (набор схем фильтрации резонансных каналов плюс высокочастотный усилитель).Ниже приводится типовая схема: смеситель с гетеродином, детектор. Реструктуризация схем осуществляется варикапами с использованием напряжения микросхемы автоматической регулировки частоты музыкального центра LM7000. Для сглаживания сигнал перед подачей на варикапы фильтруется. Частота гетеродина приемника регулируется микросхемой LM7000. Выбор сигнала осуществляется в основном в усилителе промежуточной частоты. Перед ним частота скачет, здесь она принимает фиксированное значение (10.7 МГц). Следовательно, пьезокерамические фильтры проще в установке.

Упомянутая выше микросхема KA2295Q представляет собой комбинацию амплитудно-частотного детектора и отделяет полезный сигнал от несущей. Это включает в себя средние и длинные волны. Включая гетеродины, микшеры, усилители. Первый каскад оснащен автоматической регулировкой усиления. Для корректной работы частотного детектора музыкального центра необходим фазосдвигающий колебательный контур.Автоматическая регулировка усиления работает по сигналу микшера. Необходимо, чтобы усилитель промежуточной частоты и преобразователь частоты не переходили в режим отсечки.

С FM-детектора через фильтр сигнал подается на пилот-тон стереодекодера. Информация о наличии стереосигнала отправляется на центральный контроллер. Вы можете выбрать режим принудительно контроллером. Центральный контроллер музыкального центра получает информацию о состоянии сигнала, контролирует формирование звука.Каналы балансируются с помощью переменного резистора. Отфильтрованный сигнал поступает на микросхему TDA 7318, где начинается каскад основного усилителя НЧ музыкального центра.

В диапазонах СВ и ДВ используются рамочные антенны с трансформаторной связью. Устройство музыкального центра включает транзисторы с переключением диапазонов. Переключатели гетеродина переключаются в соответствии с требованиями электронных ключей. Регулировка осуществляется варикапами, регулировка производится по сигналам АЧХ.Усилитель ВЧ — это широкополосный усилитель, он не коммутируется в музыкальном центре. Промежуточная частота в диапазонах MW и LW составляет 450 кГц (типовая). Обнаруженный сигнал, не проходя через схему пилот-тона, сразу же поступает на фильтры к выходному усилителю приемника. Что касается MW и LW, схема обменивается данными с центральным контроллером музыкального центра о факте захвата частоты, что помогает «мозгу» быть в курсе событий.

Осталось добавить, есть два канала, просто на FM частотах звук другой, на DV и MW он одинаковый.Что называется, собственно, стерео и моно. При чтении кассет, дисков ситуация аналогичная, можно искусственно довести раздельное воспроизведение до непрерывного. Различия между каналами музыкального центра нивелируются.

Важно понимать, что основные виды неисправностей можно представить при внимательном изучении схемы. Обзор не содержал полного и полного описания музыкального центра, к этому мы еще вернемся. Мастер должен заранее знать, что сломается.Самостоятельный ремонт музыкальных центров покажется детской забавой.

Прежде чем копаться в электронике бытовой техники, всегда ищите оригинальные заводские схемы и описания. Чертежи микросхем открыты для свободного доступа правообладателям. Назначение чипов описано на сайтах производителей.

Недавно практически даром у компании появился музыкальный центр SONASHI … Решил разобрать, раз уж муз сам.центр был в нерабочем состоянии, и не было желания его ремонтировать. Этот музыкальный центр в далеком 2004-2005 годах был одним из лучших, так как в нем есть встроенный проигрыватель с возможностью чтения формата DVD, отличный радиоприемник и все остальные функции современных музыкальных центров.

Сама начинка довольно запутанная, по сути, гибрид старых комплектующих и цифровой электроники, несмотря на то, что встроенная карта для чтения DVD формата была более современной, радиоприемник центра муз занял все внутреннее space и была реализована по той же схеме, что применялась в ресиверах 90-х, что очень огорчало, я ожидал увидеть цифровой ресивер.

Усилитель мощности тоже огорчил — дешево всего два канала, то есть 18 Вт на канал, что очень и очень мало для музыкального центра. Решение использовать именно эту микросхему в качестве конечного УНЧ довольно странно, поскольку в музыкальных центрах обычно используются качественные и дорогие микросхемы СТК.

Сама плата с усилителями мощности — это распределительный щит, именно к этой плате подключены все обмотки от силового трансформатора, а их много.Поэтому на плате можно увидеть несколько диодных выпрямителей, напряжение с которых было сглажено мощными электролитами, которые я испарил перед съемкой. На плате много чего, отдельные стабилизаторы напряжения на 10 Вольт, реле включения и выключения музыкального центра (в старых моделях активно использовались реле для включения режима STAND-BY ) и многое другое.

Не заработал один канал усилителя, скорее всего проблема была в микросхеме, ведь несмотря на такую ​​огромную плату, сама схема усилителя не занимает много места, в ней всего два активных компонента — Микросхемы УНЧ.В ближайшее время все компоненты будут сняты с платы, а необходимых компонентов будет много — мощная диодная сборка на 8 Ампер и не менее мощные одиночные диоды, огромный радиатор и многое другое.

Поговорим немного о самих микросхемах. TDA2030 — один из самых распространенных низкочастотных источников питания. Незначительная стоимость микросхемы (в радиомагазинах 0,5 доллара, оптовая цена 0,2-0,3 доллара) позволяет использовать ее в домашних аудиосистемах, сейчас эта микросхема используется в каждом китайском аудиокомплексе.Несмотря на невысокую стоимость, микросхема достаточно качественная и имеет множество встроенных защит, ни одна из которых не сработает в случае реальной угрозы. Питание микросхемы осуществляется от биполярного источника питания, хотя есть вариант однополярного подключения, выходная мощность 18 Вт, монофонический, режим AB. Микросхема имеет 5 монтажных пинов, имеет достаточно широкий диапазон питающих напряжений, ниже приведены основные характеристики микросхемы.

Напряжение питания …………………………… от ± 4,5 до ± 25 В
Потребление тока (Vin = 0) ………………. … 90 мА макс.
Выходная мощность ……………………………. 18 Вт тип. при ± 18 В, 4 Ом и d = 10%
………………………………. …………. ………………… 14 Вт тип. при ± 18 В, 4 Ом и d = 0,5%
Диапазон номинальных частот ………. 20 — 80.000 Гц

Мостовое включение микросхемы позволяет увеличить выходную мощность до 32-34 Вт. В этой схеме суммирована мощность двух микросхем, этот вариант используется в промышленных бытовых аудиосистемах для питания маломощных сабвуферов .

Еще один вариант включения микросхемы с выходными транзисторами. В этой схеме микросхема работает как предусилитель, основная силовая часть — это мощная комплементарная пара. В качестве выходных транзисторов можно использовать отечественные КТ818 / 819 или современные 2SC5200 / 2SA1943 от TOSHIBA … такой вариант подключения микросхемы позволит без особых усилий и затрат получить мощность до 36 Вт.

Более мощным вариантом микросхемы TDA2030 является микросхема TDA2050 … Эта микросхема более качественная и развивает выходную мощность до 34 Вт, мостовое соединение допускает выходную мощность до 70 Вт. В схеме подключения нет никакой разницы, только последняя микросхема работает с повышенной входной мощностью, именно благодаря этому выходная мощность в два раза выше микросхемы TDA2030.

Еще одним аналогом этих микросхем является усилительная микросхема LM1875 , но о ней мы поговорим в следующий раз… С уважением — АКА КАСЯН.

Если неисправность проявляется во всех режимах, то неисправен выходной тракт усиления, скорее всего микросхема УМЗЧ ( У бустер М мощность Z звуковой H частота). Но не исключено, что неисправен другой блок устройства, например микросхема звукового процессора, коммутация сигналов.

Так можно запутаться и поискать неисправность не в том месте. В таких случаях берем обычные наушники и подключаем к разъему Phone (наушники), который есть во всех музыкальных центрах.Не забудьте перед этим уменьшить громкость!

В свою очередь включаем все режимы работы музыкального центра и проверяем на слух исправность звукового тракта до УМЗЧ. Этой простой операцией мы сужаем область поиска неисправностей, так как если в наушниках есть неискаженный и чистый звук, то все узлы аудиотракта, включая звуковой процессор, переключатель сигналов, предусилители, находятся в исправном состоянии и неисправность связана с той частью электронной схемы, которая отвечает за усиление и мощность сигнала.

Значит, если после предпринятых действий неисправность сохраняется, то, скорее всего, неисправна микросхема УМЗЧ. В практике ремонта встречаются случаи, когда микросхема выходит из строя наполовину. Что значит половина? Это означает, что, например, 1 из 2 выходных аудиоканалов работает. Или один из каналов усиления работает с слышимыми искажениями. В таких случаях микросхема усилителя может работать довольно долго.

Вот лишь несколько реальных примеров:

Микросхема TDA8588J.4 — канальный УМЗЧ со встроенными стабилизаторами мощности.

При неправильном питании автомагнитолы 2 канала усиления работают безотказно, 1 канал заметно «басовый», 1 канал вместо звука издает монотонный низкочастотный гул. На лицо частичный отказ микросхемы. Несмотря на частичную неисправность, автомагнитола работает исправно, задействовано 2 исправных канала.

Микросхема СТК403-070. 2 — канальный УМЗЧ. Один из каналов усиления воспроизводит звук с искажениями.Второй канал работает нормально.

При поиске неисправности основная задача — сузить область поиска именно этой неисправности, поэтому спешить с выводами не нужно. Последовательность действий при ремонте электроники примерно такая:

Внешний осмотр устройства, проверка работоспособности, работы устройства в разных режимах.

Примерная оценка неисправности конкретного блока устройства: блока тюнера, пульта управления, кассетной или CD / MP3-деки, усилителя, блока питания.

Осмотр электронной печатной платы на предмет перегоревших дорожек, «вздутия» электролитических конденсаторов, потемневших и прогоревших радиоэлементов, трещин на плате, непайки, деформации корпусов микросхем.

Обнаружение неисправного элемента описанными методами и его замена.

Не пытайтесь перепаять сразу всю плату отремонтированное устройство, это отнимет у вас время и поспособствует возникновению новых неисправностей по вашей вине. Напомним, радиомеханик — это профессионал, который паяет два раза: первый раз — паяет неисправную деталь, второй — паяет неисправную деталь … Это идеал ремонта, к которому должен стремиться каждый радиомеханик.

Чтобы подтвердить сказанное, рассмотрим шаг за шагом

Нажав на кнопку «Скачать архив», вы бесплатно скачаете нужный вам файл.
Перед загрузкой этого файла запомните те хорошие рефераты, тесты, курсовые работы, тезисы, статьи и другие документы, которые невостребованы у вас на компьютере.Это ваша работа, она должна участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте их в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в учебе и работе, будем Вам очень благодарны.

Чтобы скачать архив с документом, в поле ниже введите пятизначное число и нажмите кнопку «Скачать архив»

Похожие документы

Характеристика, конструктивная и принципиальная схема электропривода.Техника ремонта устройства и алгоритм поиска неисправностей. Плата электрических схем усилителей постоянного тока … Разработка типового плана и расчет затрат на изготовление изделия.

диссертация, добавлен 18.05.2012


Расчет размеров панели управления, ее компонентов, освещения, эргономических характеристик, времени поиска информации. Экспертная оценка соответствия инженерно-психологическим и эргономическим требованиям ПУ музыкального центра TEAC LP-R400.

курсовая работа, добавлен 18.12.2011


Основные технические характеристики поворотного стола при номинальном напряжении питания. Выбор и обоснование электрической структурной схемы, описание принципа действия. Расчет параметров печатных проводников. Разводка и разводка печатной платы.

курсовая работа, добавлен 07.05.2013


Технические характеристики цифрового кодового вызова. Принцип его работы: структурно-принципиальная схема. Разработка инструкции по настройке и настройке.Типичные неисправности товаров, алгоритм их поиска. Электрический расчет мультивибраторов.

курсовая работа, добавлен 24.05.2017


Назначение и технические характеристики термометра цифрового, его принципиальная электрическая схема. Принцип работы и структурная схема термометра, расчет составных элементов: мостовой стабилизатор питающего тока, термодатчик, блок цифровой индикации.

курсовая работа, добавлен 13.04.2014


Описание принципиальной схемы электроприемника радиоуправляемой игрушки.Этап проектирования и расчет надежности микросхем. Обоснование выбора элементов: резисторов, конденсаторов. Трассировка печатных плат и разводка печатных плат.

курсовая работа, добавлен 27.01.2009


Схема передатчика CB, алгоритм его диагностики. Схематический чертеж микрофонного усилителя в программе Compass 3D. Определение неисправности в усилителе мощности и блок-схема измерений.

курсовая работа, добавлена ​​07.07.2012

Схема генератора импульсов на tl494.Управление силовым транзистором на микросхеме tl494. Принципиальная схема и графики

Полазав по интернету, не нашел ни одной схемы регулятора напряжения и, главное, тока — на современной элементной базе. Всего

были либо аналоговыми, либо на биполярных транзисторах, в ключевом включении. Я попробовал один из них.

Ток более 2,5 ампер не получил, без значительного нагрева транзистора КТ818. При попытке снять примерно 4 ампера транзистор и диод Шоттки сгорели.Сразу уточню — они были без радиаторов. Что, впрочем, не меняет ситуации. Размышляя о том, как использовать в этом включении оператор поля P-channel, я наткнулся на описание его работы. Теплоотдача из-за высокого сопротивления на открытом спине слишком велика — о хорошем КПД можно забыть. Было решено использовать N-канальные полевые драйверы, управляемые драйвером верхнего ключа.

Принципиальная схема устройства

Одно монолитное устройство, используемое для подключения входных аудиовходов для приема соответствующих входных аудиосигналов, подлежащих усилению, и сеть обратной связи для приема сигналов обратной связи представляет собой модуль широтно-импульсной модуляции.Другое монолитное устройство используется для формирования интегральной схемы с входными портами прямоугольной формы ШИМ. Схемы драйвера полевого транзистора подключаются к соответствующим входным портам с помощью импульсного модуля с импульсной модуляцией.

Схема хоть и рабочая и имеет хороший КПД, но не лишена недостатков. Это касалось его использования при зарядке аккумуляторов. Они были связаны с тем, что нижний ключ всегда открыт, когда верхний закрыт. Если энергия дроссельной заслонки иссякнет, ток от аккумулятора пройдет через дроссельную заслонку в обратном направлении и сожжет нижнюю клавишу.Верхний сгорит при открытии короткозамкнутого нижнего.

Фильтрующие схемы, подключенные к интегральным схемам, используются для приема и фильтрации усиленных прямоугольных сигналов и получения непрерывных усиленных аудиосигналов. Аудио усилитель, содержащий. Более того, первая секция имеет по крайней мере один аудиовход, к которому применяется соответствующий аудиовход.

Принципиальная схема и графики

Вторая секция, имеющая первое монолитное устройство, образующее интегральную схему, связанную с упомянутым соответствующим входом аудиосигнала, для приема упомянутого соответствующего входного аудиосигнала, подключенного по меньшей мере к одной сети обратной связи для приема соответствующего сигнала обратной связи с соответствующего выхода упомянутого аудиоусилителя и приспособлен для генерации по меньшей мере одного прямоугольного сигнала ШИМ.

Было решено отказаться от синхронного ключа и по старинке использовать мощный диод Шоттки.

В результате долгих поисков, проб и ошибок, сгоревших микросхем и полевиков родилась эта схема

Основные характеристики.

1. Работает стабильно.

Упомянутая соответствующая сеть обратной связи соединена с указанной соответствующей схемой фильтра и указанным соответствующим входным портом для передачи указанного соответствующего сигнала обратной связи, от которого зависит формирование соответствующего соответствующего прямоугольного сигнала с широтно-импульсной модуляцией; а также.

Усилитель звука по п.1, в котором. В указанное запрещенное количество источников энергии входит один положительный источник питания. Первая секция, имеющая, по меньшей мере, один вход сигнала, к которому применяется соответствующий вход, подлежащий усилению.

2. Отличное удержание тока и напряжения.

3. Имеет КПД около 90 процентов. Иногда до 94!

4. Все детали разбросаны на свалке.

5. Конфигурация практически не требуется.

6. Очень простой и повторяемый.

7. Ток регулируется от нуля до любого желаемого пользователем.

8. Напряжение регулируется от 2,5 В.

Из особенностей.

Выходной ток регулируется шунтом.

Третий участок, выполненный во втором монолитном устройстве, образующий вторую интегральную схему, имеющую. По крайней мере, один порт ввода сигнала прямоугольной формы с широтно-импульсной модуляцией. По крайней мере, два порта вывода прямоугольных сигналов.

Каскад согласования импульсного источника питания

Выходное устройство, подключенное для приема упомянутого соответствующего непрерывного усиленного сигнала.Говорится, что запрещенное количество блоков питания содержит как положительный, так и отрицательный источник питания. Описание известного уровня техники.

Его сопротивление составляет около 0,01 Ом. Отвод тепла на нем относительно невелик. Сила тока регулируется в широких пределах. От 0 ампер … до того, насколько позволяют диод и дроссельный переключатель. Максимальный предел регулирования тока (и короткого замыкания) устанавливается резистором R6. Сразу оговорюсь ниже 4 ампера, ставить не советую.Особенностью управления током является использование «повышения напряжения шунта», реализованного на диоде D4. Это позволяет TLke правильно работать с токами, близкими к нулю, и устанавливать (с помощью резистора R9) ток короткого замыкания… скажем, 1 мА. Диод D5 используется для термостабилизации цепи управления током.

Этот прямоугольный сигнал может быть модулирован сигналом низкого напряжения в пределах звуковой полосы пропускания. Модуляция создает на выходе сигнал с широтно-импульсной модуляцией. Отфильтрованный сигнал высокого напряжения теперь находится в полосе пропускания звука и будет воспроизводить звук при подаче на динамик.Генератор треугольной волны 12 генерирует несущую частоту треугольного сигнала. Сигнал ошибки генерируется усилителем 18 ошибки, когда входной командный сигнал на 20 сравнивается с фактическим сигналом, снимаемым с выхода на интерфейсе.

Изначально шунт представлял собой кусок медного провода длиной около 4,5 см и диаметром 0,4 мм. Так как медь очень нетермостабильна и при нагревании ток уплывал, было решено подобрать мультиметр китайский. Вытащенный оттуда шунт был разрезан пополам и впаян в плату.

Дроссель

Реакция системы управления контуром определяет, насколько быстро выход может реагировать на входную команду и выдает сигнал ошибки. Сигнал ошибки пропорционален разнице между входным аудиосигналом и фактическим выходным сигналом. Топология полного моста требует увеличения количества дискретных компонентов. В дополнение к генератору треугольной волны 12, компаратору 16 и усилителю ошибки 18 для полной мостовой топологии требуется дифференциальный усилитель 30, который требует более сложной обработки выходного сигнала для цепи обратной связи.

SSTC video

Во время работы дифференциальный усилитель 30 принимает дифференциальный сигнал и выдает из него выходной сигнал для объединения с входным аудиосигналом. Выбранная топология определяется требованиями к выходной мощности усилителя. Усилители более высокой мощности (более 200 Вт) обычно используют полную мостовую топологию.

накатился на желто-белое кольцо от БП компьютера. Содержит около 24 витков провода диаметром 2 мм. Провод был намотан от компьютерного трансформатора ИБП.

Дискретные компоненты также обеспечивают контроль за ограничением тока, подавление во время включения и спада, мягкое ограничение и, кроме того, предоставляют дискретные операционные усилители, используемые для обработки сигналов обратной связи и других основных функций обработки сигналов. Термин «несовершенный» относится к таким спецификациям, как пределы частоты операционного усилителя, шум операционного усилителя и опорное напряжение, пределы полосы пропускания и пилообразные характеристики, нелинейность и т. Д. схема, однако, настоящее изобретение работает, потому что контур управления согласно изобретению линеаризует всю систему.

Только с таким проводом можно было избавиться от чрезмерного нагрева дросселя при токах выше 5А.

Изюминкой является драйвер ключа трансформатора. Спасибо LiveMaker с сайта Microsmart за это. Его делают практически из любого ферритового кольца. В идеале — штампы 2000 от 2 см в диаметре. Кольцо, снятое с провода фильтра импульсов, тоже работает (хотя наблюдается его практически незаметный нагрев). У меня уже работают две платы на кольцах, которые были сняты с жгута проводов, соединяющего платы копира.Единственный и пока не привел к отрицательным последствиям минус — выбросы на границах трапециевидных сигналов переключения. Они не большие (2-3В) и на работоспособность устройства не влияют. В намотке нет ничего сложного. Очередь к очереди болтается на глаз. Постарайтесь равномерно распределить витки двух катушек по кольцу. Первичная обмотка содержит 9 витков провода. Вторичный — 27 витков провода. Наматываю одну обыкновенную витую пару. Напряжение затвора ограничено двумя стабилитронами на 12-15 В.Водитель легко качает полевого работника IRF3205. Фронт импульсов на затворе составляет около 168 нс.

Если в контуре управления присутствуют несовершенные компоненты, несовершенная работа этих элементов будет устранена. Этот компаратор может иметь дополнительную цифровую логику для обеспечения гашения. Заглушка просто ограничивает максимальный рабочий цикл выходных драйверов.

Инвертирующий вход усилителя ошибки представляет собой суммирующее соединение сигнала обратной связи и входного аудиосигнала.При правильном масштабировании системы на выходе при отсутствии входного звукового напряжения создается прямоугольный сигнал с коэффициентом заполнения 50%. В результате на динамик не будет подаваться звуковое напряжение, как показано в следующем уравнении.

В качестве обратного диода использован мощный диод Шоттки от блока питания компьютера. Он вместе с полевым транзистором через изолирующие прокладки сидит на радиаторе процессора компьютера.

Протравил и протестировал.Обратите внимание — резисторы R14 и R12 на самом деле состоят из резистора и конденсатора. Повторно разводить просто лень.

Плюсы и минусы

Это очень полезная функция для обеспечения антипрерывной работы усилителя. Эта функция предотвратит удары динамика при включении и выключении источника питания. Это обеспечит защиту от ударов практически бесплатно. Усилитель ошибки формирует сигнал ошибки из разницы между входным аудиосигналом на уровне 105 и выходным сигналом обратной связи.Это очень важная особенность для автомобильных рынков.

Аудиовход 101 также проходит через суммирующий резистор. Резистор 153 увеличивает максимальный рабочий цикл примерно до 95%. Усилитель ошибки неинвертирующего входного контакта 1 подключен к опорному напряжению 5 В. Выходной драйвер 1 сконфигурирован как эмиттерный повторитель, а выходной драйвер 2 сконфигурирован как общий эмиттер. Резистор 162 расположен между источником питания 12 В и коллектором выходного драйвера 2, в то время как резистор 164 подключен между эмиттером выходного драйвера 1 и землей.

В связи с тем, что на режимы регулирования тока большое влияние оказывает сопротивление шунта — блок требует первоначальной настройки. Он заключается в установке необходимого сопротивления R6. Необходимо подобрать такое сопротивление, чтобы при повороте ручки регулировки тока (R9) схема выдавала максимальный ток, который вам нужен (4-20А). Если максимальный выходной ток нужно часто менять, то вместо постоянного переменного резистора можно поставить переменный резистор. На плате есть место и контакты для этого.

Одиночный источник питания согласно изобретению. Конденсатор 183 сдвигает синусоидальную волну, чтобы генерировать положительный и отрицательный усиленный выходной звуковой сигнал напряжения для динамика. Выходной сигнал передается по линии 193 и инвертируется транзистором. Затем инвертированный сигнал уменьшается на резистивном делителе, образованном резисторами 158. Сигнал обратной связи инвертируется для достижения правильной фазы, чтобы обеспечить меньшее включение, как описано ниже.

Микросхема управления

Tl494

Разница в том, что добавлен резистор 245 для увеличения выхода при 50% быстром заполнении без входа.Выходной фильтр 263 в этом случае является двухкаскадным, а не одноступенчатым. Это улучшает общее гармоническое искажение.

Планируется заменить линейный регулятор LM7815 на импульсный MC34063, поскольку LM7815 сильно нагревается при напряжении питания выше 24 В, что снижает эффективность.

Фото. Очень сильно битые тесты пайки.

Перейдем от теории к практике

Два выходных порта на контактах 7 и 10 настроены как открытые коллекторы и работают независимо.Внутренний драйвер выводов канала 1 привязан к выводу 7, а внутренний привод выводов канала 2 привязан к выводу. Во время включения входы управления таймером для обоих каналов, контактов 6 и 11, будут видеть сигнал 5 В, который будет медленно затухать до нуля.

Выходной фильтр, образованный 364 и 366, удаляет несущий сигнал и восстанавливает звуковой сигнал. Выходной фильтр, образованный катушкой 370 индуктивности и конденсатором 372, удаляет несущий сигнал и восстанавливает звуковой сигнал. Это мертвое время задается 380 резисторами.

Собрал блок питания для зарядки и проверки щелочных батарей. От дохлых блоков питания ПК. Максимальный ток (решил, что пока мне этого тока хватит) — 20А. Обычно использую до 10А, 18В. Итого — 180 Вт. Со средним расходом воздуха. Работает уже неделю круглосуточно.

Конденсаторы 408 и 410 — это развязывающие конденсаторы для регулятора. От мощного автомобильного аудиоусилителя до портативного стазера. Есть специальная, очень дешевая и очень удобная микросхема.Это устройство, разработанное в первую очередь для управления питанием, позволяет гибко адаптировать план управления питанием к вашей сети. конкретное приложение. Компаратор мертвой точки имеет фиксированное смещение, которое обеспечивает примерно 5% мертвой точки. время.

Цепи в многорельсовых синхронных источниках питания. Выходные транзисторы с плавающей точкой имеют либо общий эмиттер, либо следящий эмиттер. снятие. Архитектура этого устройства запрещает. возможность одновременного импульсного импульса при двухтактном режиме работы.

Комментарии

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 «

0 # 203 Михаил 19.04.2017 22:46

Вообще заметил, что даже при работающей лм-ке на максимальной заливке стабилитроны немного (до 50 градусов) прогревались. Перемотал трансформатор затвора (витков 15 на 35), нагрев ушел, стабилизатор работает, пока полет нормальный) Спасибо автору за схему и за советы!
Кольцо, которое я использовал, сняли либо с монитора, либо с принтера (с жгута проводов) не помню, но по размеру оно больше, чем то, что в статье на фото.

На выходе должны появиться прямоугольные импульсы. 10 мА. максимальная ширина. или он может управлять общими цепями в источниках синхронного питания с несколькими рельсами. Часть 2 Теперь поговорим о выводах. если оно составляет ~ 5 В или больше, выход отключен. Этот вывод аналогичен обратной связи.

Выходной сигнал не более 200 мА на транзистор. Последние контакты используются в блоке контроля ошибок. но для транзистора № выходные транзисторы работают в одной фазе. Они используются для обнаружения различных ошибок и защиты от коротких замыканий и дефектов.так что вы можете соединить их параллельно и так.

0 # 202 Super User 17.04.2017 22:45

Ну если подумать логически, то 7815 может убить либо превышение входного напряжения, либо превышение выходного тока. Превышение входного напряжения с питанием 27 вольт у нас не получится (если распечатка будет строго по моей схеме). Перегрузка по току на выходе остается. Вы сами указали, что пробой наблюдался при максимальных напряжениях или токах. Это означает, что заполнение импульсов было максимальным.Может сердечник (неподходящего размера или материала) при маленьком Кзапе чувствует себя нормально, а при увеличении заполнения сердечник насыщается и ток резко возрастает. Хотя я такого не видел. Загрузите фото тюленей в хорошем качестве. Вы можете загружать фото на форум.

АТ в следующих экспериментах будет заменена катушкой трансформатора. Итак, нам нужны мощные транзисторы … и мы хотим больше мощности. Мощная мощная мощная система управляется в пассивном режиме. Осциллограф подключен к стоку силового полевого МОП-транзистора.Это связано с очень длинными проводами, использованными в эксперименте. Часть 4 Теперь давайте займемся высоким напряжением! Поскольку схемы выполнены на макетной плате. на выходе должно получиться около 100В.

Сердечник выполнен из феррита. Таким образом, коэффициент преобразования равен 1: на силовых полевых МОП-транзисторах также нет радиатора. В цепи ворот нет нагрузки. Мы можем использовать активную схему зарядки. У пассивного влечения есть ограничения. Вы можете заметить небольшое увеличение производительности. И если нам нужно быстрое переключение, мы должны очень быстро заряжать и разряжать ворота.Небольшая нагрузка: с осциллограммами. А теперь заглянем в Интернет. Поэтому о них должен позаботиться инженер-конструктор.

0 # 201 Михаил 15.04.2017 09:24

Четвертый раз пробивает линейный стабилизатор. Не могу понять причину, уже убил два lm7815, и два lm317t, симптомы всегда одинаковые, сначала все работает нормально, через некоторое время замечаю, что при выставлении максимального напряжения или тока стабилитрон диоды в цепи затвора начинают дымиться.Замеряю напряжение питания tl494 и вижу, что оно равно входному 25 вольт, а стабилизатор пробит, меняю его и через некоторое время все новое.
Напряжение на входе 25-27 вольт, лм не перегревается, стоит на радиаторе.

Все электронщики, занимающиеся проектированием устройств питания, рано или поздно сталкиваются с проблемой отсутствия эквивалента нагрузки или функциональных ограничений существующих нагрузок, а также их габаритов.К счастью, появление на российском рынке дешевых и мощных полевых транзисторов несколько исправило ситуацию.

Начали появляться любительские конструкции электронных нагрузок на основе полевых транзисторов, более подходящих для использования в качестве электронного сопротивления, чем их биполярные аналоги: лучшая температурная стабильность, практически нулевое сопротивление канала в открытом состоянии, низкие управляющие токи — основные преимущества, которые определить предпочтительность их использования в качестве регулирующего элемента в мощных устройствах.Более того, появилось большое количество разнообразных предложений от производителей устройств, цены на которые пестрят самыми разнообразными моделями электронных нагрузок. Но, поскольку производители ориентируют свою очень сложную и многофункциональную продукцию под названием «электронная нагрузка» в основном на производство, цены на эту продукцию настолько высоки, что позволить себе купить ее может только очень обеспеченный человек. Правда, не совсем понятно, зачем обеспеченному человеку электронная нагрузка.

Я не заметил EN промышленного производства, ориентированного на любительский сектор инженерии.Так что опять же придется все делать самому. Эх … Начнем.

Преимущества электронного манекена

Почему в принципе электронные эквиваленты нагрузки предпочтительнее традиционных средств (мощных резисторов, ламп накаливания, тепловых обогревателей и других устройств), которые часто используются конструкторами при настройке различных силовых устройств?

Граждане портала, имеющие отношение к проектированию и ремонту источников питания, несомненно, знают ответ на этот вопрос.Лично я вижу два фактора, достаточных для того, чтобы электронная нагрузка в моей «лаборатории»: небольшие размеры, возможность регулировать мощность нагрузки в большом диапазоне простыми средствами (поскольку мы регулируем громкость звука или выходное напряжение блока питания. — обычным переменным резистором, а не мощными контактами переключателя, двигателя реостата и т. д.).

Кроме того, «действия» электронной нагрузки можно легко автоматизировать, что упрощает и усложняет тестирование силового устройства с электронной нагрузкой.Это, конечно, освобождает глаза и руки инженера, и работа становится более продуктивной. Но прелести всевозможных наворотов и совершенств нет в этой статье, а, возможно, от другого автора. А пока — как раз о другом виде электронной нагрузки — импульсном.

Особенности импульсной версии EN

Аналоговые электронные нагрузки, безусловно, хороши, и многие из тех, кто использовал EN при настройке силовых устройств, оценили его преимущества.Импульсные электроприводы имеют свою изюминку, позволяющую оценить работу блока питания с импульсным характером нагрузки, как, например, работу цифровых устройств. Мощные усилители звуковых частот также имеют характерное влияние на блок питания, и поэтому было бы неплохо узнать, как блок питания, рассчитанный и изготовленный для конкретного усилителя, будет вести себя при определенном заданном характере нагрузки.

При диагностике отремонтированных блоков питания также заметен эффект от использования импульсного ЭП.Так, например, с помощью импульсного ЭН была обнаружена неисправность блока питания современного компьютера. Заявленная неисправность этого блока питания мощностью 850 ватт заключалась в следующем: при работе с этим блоком питания компьютер произвольно отключался в любой момент при работе с любым приложением, вне зависимости от потребляемой мощности в момент отключения. При тестировании на нормальной нагрузке (связка мощных резисторов + 3В, + 5В и галогенных ламп + 12В) этот БП проработал на ура несколько часов, при этом мощность нагрузки составила 2/3 от заявленной.Неисправность проявилась при подключении импульса EN к каналу + 3V и блок питания начал отключаться, как только стрелка амперметра дошла до деления 1А. В этом случае токи нагрузки для каждого из остальных каналов положительного напряжения не превышали 3А. Плата супервайзера оказалась неисправной и была заменена на аналогичную (к счастью, был такой же блок питания с сгоревшей силовой частью), после чего блок питания нормально заработал на максимально допустимом токе для используемого экземпляра. импульсного ЭН (10А), который и является предметом описания в данной статье.

Идея

Идея создания импульсной нагрузки появилась довольно давно и впервые была реализована в 2002 году, но не в нынешнем виде, а на другой элементной базе и для несколько иных целей, и на тот момент не было достаточного стимул лично для меня и другие основания для развития этой идеи. Теперь звезды другие, и что-то сошлось для следующего воплощения этого устройства. С другой стороны, изначально прибор имел несколько иное назначение — проверка параметров импульсных трансформаторов и дросселей.Но одно другому не мешает. Кстати, если кому-то захочется изучить индуктивные компоненты на этом или подобном устройстве, просьба: ниже представлены архивы статей маститых (в области силовой электроники) инженеров, посвященных этой теме.

Итак, что же такое «классический» (аналоговый) EN в принципе? Стабилизатор тока, работающий в режиме короткого замыкания. И ничего больше. И будет прав тот, кто в порыве азарта замкнет выходные клеммы зарядного устройства или сварочный аппарат и скажет: это электронная нагрузка! Конечно, не факт, что такое короткое замыкание не будет иметь вредных последствий, как для устройств, так и для самого оператора, но оба устройства действительно являются источниками тока и вполне могут претендовать после некоторой доработки на роль электронная нагрузка, как и любой другой произвольно примитивный источник тока.Ток в аналоговом ЭН будет зависеть от напряжения на выходе тестируемого блока питания, омического сопротивления канала полевого транзистора, задаваемого напряжением на его затворе.

Ток в импульсном EN будет зависеть от суммы параметров, которая будет включать ширину импульса, минимальное сопротивление открытого канала выходного переключателя и свойства тестируемого блока питания (емкость конденсаторов, индуктивность дроссели питания, выходное напряжение).
При разомкнутом ключе ЭН образует кратковременное короткое замыкание, при котором конденсаторы тестируемого блока питания разряжаются, а дроссели (если они есть в блоке питания) стремятся к насыщению. Классического короткого замыкания, однако, не происходит, поскольку длительность импульса ограничена во времени микросекундными значениями, которые определяют величину разрядного тока конденсаторов источника питания.
В то же время проверка импульсного EN является более экстремальной для тестируемого источника питания.Но с другой стороны, такая проверка выявляет больше «подводных камней», вплоть до качества подводящих проводов к питающему устройству. Так, при подключении импульсного ЭН к 12-вольтовому блоку питания с подключением медных проводов с диаметром жилы 0,8 мм и током нагрузки 5А на осциллограмме ЭН выявлены пульсации, которые представляют собой последовательность прямоугольных импульсов с размах до 2В и пиковые скачки с амплитудой, равной напряжению питания. На выводах самого БП пульсаций от EN практически не было.На самом EN пульсации были минимизированы (менее 50 мВ) за счет увеличения количества жил каждого проводника, питающего сам EN — до 6. В «двухжильном» варианте минимальные пульсации, сравнимые с «шестеркой». -core », была достигнута установкой дополнительного электролитического конденсатора емкостью 4700мФ в точках соединения питающих проводов с нагрузкой. Итак, при построении источника питания импульсный EN может быть очень полезен.

Схема

EN собран на популярных (в связи с большим количеством переработанных компьютерных блоков питания) компонентах.Схема ЭН содержит генератор с регулируемой частотой и шириной импульса, тепловой и токовой защитой. Генератор выполнен на ШИМ TL494 .

Частота регулируется переменным резистором R1; рабочий цикл — R2; тепловая чувствительность — R4; ограничение тока — R14.
Выход генератора питается от эмиттерного повторителя (VT1, VT2) для работы на емкости затворов полевых транзисторов от 4 или более.

Генераторная часть схемы и буферный каскад на транзисторах VT1, VT2 могут питаться от отдельного источника питания с выходным напряжением +12 … 15В и током до 2А или от канала + 12В. проверенный блок питания.

Выход ЭН (сток полевого транзистора) подключается к «+» тестируемого блока питания, общий провод ЭН соединяется с общим проводом блока питания. Каждый из затворов полевых транзисторов (в случае их группового использования) должен быть подключен к выходу буферного каскада с собственным резистором, выравнивая разницу параметров затвора (емкость, пороговое напряжение) и обеспечивая синхронную работу. переключателей.

На фотографиях видно, что на плате EH есть пара светодиодов: зеленый — индикатор мощности нагрузки, красный — работу усилителей ошибки микросхемы при критической температуре (постоянное свечение) или при ограничении тока (еле заметное мерцание) ). Работой красного светодиода управляет ключ на транзисторе КТ315, эмиттер которого подключен к общему проводу; база (через резистор 5-15кОм) с выводом 3 микросхемы; коллектор — (через 1.Резистор 1 кОм) с катодом светодиода, анод которого подключен к выводам 8, 11, 12 микросхемы DA1. Этот узел не показан на схеме, потому что он не является абсолютно необходимым.

По поводу резистора R16. Когда через него проходит ток 10А, рассеиваемая на резисторе мощность будет 5Вт (при сопротивлении, указанном на схеме). В реальной конструкции используется резистор на 0,1 Ом (требуемый номинал не найден), а мощность, рассеиваемая на его корпусе при том же токе, составит 10 Вт.Температура резистора намного выше температуры клавиш EN, которые (при использовании радиатора, изображенного на фото) не сильно нагреваются. Поэтому термодатчик лучше устанавливать на резисторе R16 (или в непосредственной близости), а не на радиаторе с ключами EN.

АРХИВ:

---

Моделирование микросхем моторной коры на основе картирования активности мозга

Ссылки

1 января 1972 г. · Biophysical Journal · HR Wilson, JD Cowan

22 июня 2000 г. · Nature Neuroscience · JL Dantzker, EM Callaway

6 декабря, 2002 · Кора головного мозга · Алекс М. Томсон, Питер Баннистер

9 июня 2004 г. · Нейрон · Бюро Ингрид Карел Свобода

26 июня 2004 г. · Годовой обзор нейробиологии · Родни Дж. Дуглас, Кеван А.С. Мартин

1 октября 2004 г. · Журнал неврологии: официальный журнал общества нейробиологии · Том Бинцеггер, Кеван А.С. Мартин

7 июня 2005 г. · Тенденции в неврологии · Армен Степанянц, Дмитрий Б. Чкловский

1 июля 2005 г. · Журнал нейрофизиологии · Даофен Чен, Эберхард E Fetz

24 января 2006 г. · Nature Reviews.Нейробиология · Генри Маркрам

21 марта 2006 г. · Нейробиология природы · Юн Ван Патриция С. Гольдман-Ракич

21 апреля 2006 г. · Журнал неврологии: Официальный журнал Общества нейробиологии · Миеко Моришима, Ясуо Кавагути

, 7 апреля , 2007 · Журнал клинической нейрофизиологии: официальная публикация Американского электроэнцефалографического общества · Уильям В. Литтон, Ахмет Омуртаг

11 апреля 2007 г. · Кора головного мозга · Армен Степанянц Дмитрий Б. Чкловский

28 сентября 2007 г. · Журнал нейрофизиологии · Alexis M Hatto , Sacha B Nelson

5 февраля 2008 г. · Нейробиология природы · Николас Вейлер Гордон MG Shepherd

1 апреля 2008 г. · Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки · Роберт Дж. Морган, Иван Сольтес

3 мая, 2008 · Журнал методов нейробиологии · Уильям В. Литтон, Майкл Л. Хайнс,

7 июня 2008 г. · Нейронные вычисления · Уильям В. Литтон, Майкл Л. Хайнс,

, 19 декабря 2008 г. · The Journal of Neu наука: Официальный журнал Общества нейробиологии · Марк Н. Миллер, Саша Б. Нельсон

9 января 2009 г. · Границы нейронных цепей · Цзянь ЮГордон М. Г. Шеперд

3 февраля 2009 г. · Нейрон · Сандрин Лефорт Карл Ч. Петерсен

28 апреля, 2009 · Природа · Джессика Кардин, Кристофер И Мур,

26 сентября, 2009 · Нейрон · Пол Тиесинга, Терренс Дж. Сейновски

10 ноября 2009 · Нейронауки природы · Йошиказу Исомура Томоки Фукаи

17 ноября 2009 · Нейрон, Кеннет Д. Харрис

4 мая 2010 г. · Нейробиология природы · Чарльз Т. Андерсон Гордон М. Г. Шеперд

18 июня 2010 г. · Журнал вычислительной нейробиологии · Сэмюэл А. Неймотин Уильям В. Литтон

29 июля 2010 г. · Физиологические обзоры · Сяо-Цзин Ван

19 октября 2010 г. · Нейробиология природы · Хайселл В. Овьедо · Энтони М. Задор

16 ноября 2010 г. · Нейробиология природы · Деннис Кетцель · Геро Мизенбек

4 декабря 2010 г. · Эпилепсия · Кристофер УилкеБин He

17 декабря 2010 г. · Журнал нейробиологии: Официальный журнал Общества нейробиологии · Николай К. Демброу, Дэниел Джонстон,

20 января 2011 г. · Биология PLoS · БМ Хукс, Гордон М.Г. Шеперд 5, 2011 · Границы вычислительной нейробиологии · Сэмюэл А. Неймотин · Уильям В. Литтон

22 июля 2011 · Нейронные сети: официальный журнал Международного общества нейронных сетей · Стефан ЛангМарсель Оберлендер

13 августа 2011 г. · Журнал нейронауки: Официальный журнал Общества нейробиологии · Сэмюэл А. Неймотин · Уильям В. Литтон

16 сентября 2011 · Журнал неврологии: Официальный журнал Общества нейробиологии · Адам М. Пакер, Рафаэль Юсте

25 ноября 2011 г. · Журнал Неврология: Официальный журнал Общества нейробиологии · Мэтью Эйнсворт, Майлз Уиттингтон

20 декабря 2011 · Транзакции IEEE по нейронным системам и реабилитации Инжиниринг: публикация Общества инженерии IEEE в медицине и биологии · Клифф К. Керр, Уильям В. Литтон,

, 21 марта 2012 г. · Европейский журнал нейробиологии · Хироши Камеда, Такеши Канеко,

,

, 12 апреля 2012 г. · Журнал неврологии: официальный Журнал Общества нейробиологии · Таро КиританиГордон М.Г. Шепард

18 мая 2012 г. · Журнал неврологии: официальный журнал Общества нейробиологии · Альфонсо Дж. Апичелла Гордон М.Г. Шепард

5 июля 2012 г. · Кора головного мозга · Бенджамин А. СутерГордон MG Shepherd

25 октября 2012 г. · PloS One · Джордж Л. Чаддердон, Уильям В. Литтон

28 ноября 2012 г. · Нейрон · Андре М.