Проектирование электронного измерительного устройства на основе ОУ (частотомер)

333.cdw

Плату изготовить комбинированным методом
Шаг координатной сетки 1
Конфигурацию проводников выдерживать по координатной сетке
условно обозначенные сплошными линиями
Плата должна соответствовать ГОСТ 23752-79
Проводники покрыть сплавом "Розе
* Размеры для справок
) Шаг координатной сетки 2
) * Размеры для справок
) расстояние между проводниками 2
) Проводники покрыть сплавом "Розе"
Технические требования:
) Плату изготовить методом печатного монтажа
не должен превышать 0

444.cdw

* Размеры для справок
Припой ПОС 61 ГОСТ 21931-76
Маркировка элементов показана условно

Спецификация 2.cdw

Спецификация 3.cdw

Последовательные листы.cdw

Спецификация 1.cdw

Блок питания.cdw

Курсовой мой.doc

Основным принципом при построении аналоговых электронных устройств является то что при различных подходах разных последовательностях расчета а также при других параметрах элементов в идентичных схемах требуемые характеристики могут быть получены с большой доли вероятности.
При проектировании электронного аналогового устройства наиболее часто приходится оценивать такие показатели как степень сложности устройства его стоимость унификацию компонентов схемы и их количество.
Измерительный усилитель позволяет увеличивать мощность измеряемого сигнала до тех пор пока сохраняется содержащаяся в сигнале информация. Поэтому энергию отбираемую у объекта измерения можно значительно уменьшить. Чтобы избежать влияния на объект измерения при измерении напряжения входной импеданс измерительного усилителя должен быть большим а при измерении тока – малым.
На основе ниже приведенных параметров разработать измерительный усилитель с источником питания и устройством измерения частоты входного сигнала.
Коэффициент усиления по напряжению
Нижняя граница диапазона частот Гц
Верхняя граница диапазона частот Гц
Минимальное сопротивление нагрузки Ом
Погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот на х.х. не более %
Дополнительная погрешность коэффициента усиления при подключении R н min не более %
Максимальное входное напряжение В
Максимальное выходное напряжение В
Входное сопротивление в полосе рабочих частот МОм
Погрешность входного сопротивления не более %
Приведенный температурный дрейф нуля не более мкВград
Дополнительный фазовый сдвиг в полосе рабочих частот не более град
Рабочий диапазон температур °С
Погрешность дискретности встроенного цифрового частотомера Гц
Время индикации частоты с
Напряжение питания В
ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ
Если в техническом задании на проектирование содержатся специальные требования относящиеся к входной или выходной цепям то данные требования легче всего удовлетворить в том случае когда в структуре усилителя имеются специальные входные и выходные части. Поскольку основным средством получения требуемых параметров является введение цепей обратной связи то входная и выходная части могут представлять собой самостоятельные усилители охваченных местной обратной связью. Это простейшее решение с точки зрения проектирования и настройки.
Так как произведение коэффициентов усиления входной и выходной частей обычно меньше требуемого то между ними вводится промежуточная часть – она обеспечивает получение необходимого коэффициента усиления и представляет собой электронный усилитель.
Так как требуется усиливать медленно изменяющийся сигнал то в данной структурой схеме должна отсутствовать разделительная цепь в состав которой входят реактивные компоненты (конденсаторы трансформаторы). Это обусловлено тем что эти цепи не передают сигналы постоянного тока.
Структурную схему усилителя можно представить следующим образом:
где 157 – линейные сравнивающие (вычитающие) устройства;
8 – электронные усилители;
9 – цепи обратной связи;
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ И РАСЧЕТ ОТДЕЛЬНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ УСИЛИТЕЛЕЙ.
Проектирование принципиальной схемы целесообразно совместить с расчетом параметров у отдельных функциональных узлов.
Составление принципиальной схемы и расчет можно начинать или со входной или с выходной частей так как заданы параметры той и другой цепей.
1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВХОДНОЙ ЧАСТИ.
В проектируемом нами усилителе входное сопротивление должно быть больше 0.8 Мом. Заданное значение входного сопротивления можно получить с помощью цепи ОС вводимую в типовые аналоговые электронные функциональные узлы.
Во избежание появления частотных искажений в области низких частот и для усиления медленно изменяющегося сигналя выберем схему включения ОУ как на рис. 2.1.1. При этом эквивалентное активное сопротивление в цепи неинвертирующего входа зависит от внутреннего входного сопротивления источника сигнала.
При подключении источников сигнала с входными сопротивлениями различающимися на несколько порядков на входе усилителя получим сигнал обусловленный разницей этих сопротивлений. Поэтому во входных цепях усилителей с большими входными сопротивлениями целесообразно применять микросхемы имеющие малые входные токи и малую их разность малые входные емкости и низкий уровень шумов.
Входную часть выполним на основе интегрального ОУ К140УД26 с соответствующими параметрами (Приложение 1).
Резистор R3 возьмем равным 1 Мом.
В области высоких частот значения Rвх может изменять паразитная емкость входа (с блока питания). Примем ее равной Свх=10-11 Ф = 10 пФ. Тогда на частоте 800 Гц емкостная составляющая Rвх равна:.
Находим модуль входного сопротивления на частоте 800 Гц:
Оценим изменение входного сопротивления в полосе рабочих частот от 0 до 800 Гц.
составляет 0.126 % от заданной величины RВХ.
Глубину обратной связи следует выбирать исходя из допустимых частотных искажений.
Пусть коэффициент частотных искажений усилителя на нулевой частоте тогда на верхней Гц равен где - коэффициент усиления (дБ) на нижней частоте а - коэффициент усиления (дБ) на верхней частоте. Коэффициенты усиления выбираются из АЧХ ОУ (Приложение 2).
Коэффициент частотных искажений усилителя равен произведению коэффициентов частотных искажений отдельных частей усилителя (входной промежуточной выходной). .
На выходную часть задаем коэффициент частотных искажений на промежуточную тогда .
Таким образом глубина ОС введенной в усилитель должна быть таковой чтобы отношение к на частоте Гц было бы менее 1.0218 то есть:
дБ или подставляя в уравнение получим что . Чтобы обеспечить запас и уменьшить частотные искажения возьмем .
Из-за большого R3 выполнить условие равенства эквивалентных сопротивлений в цепях нельзя так как в этом случае получилось бы R1=106 R2=109 Ом а такие сопротивления трудно выполнить высокоточными и стабильными что будет вызывать сильные шумы а это недопустимо для входной части. Выберем эти резисторы меньших номиналов: R1=10 kOm kOm. (Номиналы сопротивлений в этом случае и в дальнейшем будем выбирать из номинального ряда сопротивлений [E24]).
Найдем коэффициенты усиления усилителя на нулевой и верхней границах:
Коэффициент частотных искажений:
2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТИ.
Проектирование промежуточной части выполняется исходя из условия получения требуемого коэффициента усиления усилителя КУ:
Амплитуда выходного напряжения определяется исходя из уже известных параметров выходного каскада: В
Так как в выходной части в качестве предуселителя использован ОУ то выходная мощность у промежуточной части оказывается малой и согласовывать промежуточную и выходную части между собой не надо.
Усилительные каскады обычно не согласовывают между собой по максимуму отдаваемой мощности. Их выполняют так чтобы входное сопротивление последующего каскада было во много раз больше входного сопротивления предыдущего так чтобы последующий каскад оказывал минимальное влияние на параметры предыдущего. Согласовывается сопротивление нагрузки с выходным сопротивлением выходного каскада при необходимости получить максимальное усиление по мощности. Поэтому входное сопротивление промежуточ
ной части берется во много раз большим выходного сопротивления входной части и большим чем допустимое сопротивление нагрузки для него.
Чтобы обеспечить требуемый коэффициент усиления возьмем 3 каскада на ОУ К140УД26 (рис. 3) с коэффициентами усиления KK1=5 KK2=8 KK3=10. Разбиение промежуточной части на каскады целесообразно для уменьшения погрешности усиления и коэффициента частотных искажений.
Для ОУ 140УД26 минимальное сопротивление нагрузки 2 кОм; исходя из этого условия и опираясь на номинальный ряд [E24] сопротивлений и учитывая требуемые усиления для каждого каскада подберем резисторы.
Первый каскад. КУ=5.
R4=104 Ом; - глубина ОС.
Второй каскад. КУ=8.
R7=104 Ом; - глубина ОС.
Третий каскад. КУ=10.
R10=104 Ом; - глубина ОС.
Оценим частотные искажения.
3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫХОДНОЙ ЧАСТИ.
При проектировании выходной части учтем амплитудные значения выходного напряжения и тока а также частотный диапазон выходных сигналов и значение выходного сопротивления. Основываясь на эти данные выберем микросхему как на рис. 2.3.1
Для уменьшения нелинейных искажений сигнала и расширения полосы пропускания а следовательно и уменьшения коэффициента частотных искажений выходной усилитель целесообразно охватить глубокой ОС. Поэтому коэффициент усиления по напряжению небольшой.
Так как ОУ обеспечивает получение требуемой амплитуды напряжения (12 В) но не позволяет получить нужное значение тока (0.24 А) то на выходе целесообразно установить усилитель мощности. Его можно выполнить на основе эмиттерных или истоковых повторителей. АмА.
Для получения в нагрузке тока 0.24 А коэффициент усиления по току у выходного каскада должен быть равен .
Выбор оконечных транзисторов VT2 и VT4.
Их следует выбирать так чтобы они удовлетворяли следующим неравествам:
(ток коллектора) > 0.24 А
По полученным данным в качестве VT2 и VT4 необходимо использовать транзисторы большой мощности: VT2- КТ972А (n-p-n) VT4-КТ973А (p-n-p): h21Э1= h21Э2=750 r=10 Ом.
Токи транзисторов VT1 и VT3 в 20-50 раз меньше токов VT2 и VT4. Частотными искажениями транзисторов VT1 и VT3 можно пренебречь ввиду их малости. Эти транзисторы обычно бывают средней или малой мощности.
VT1-КТ819А VT3-КТ818А h21Э3=15 h21Э4=20 rб=1 Ом.
Коэффициент усиления по напряжению возьмем небольшой – КU=2. Отсюда Ом тогда [E24]. Найдем КОС: .
Резисторы R15 защищает ОУ от короткого замыкания на выходе: кОм [E24].
Резисторы R20 и R21 введены для защиты выходного каскада от короткого замыкания выходных зажимов. Их следует выбирать из следующих условий: при RН=0
Резисторы R18 и R19 необходимы для того чтобы создать путь для протекания обратных токов базы транзисторов VT2 и VT4 в тот полупериод в который соответствующий транзистор заперт. Их выбираем из условия -пороговое напряжение при котором отпирается эмиттерный переход соответствующего транзистора. - максимальный обратный ток коллекторного перехода при наибольшей температуре транзистора.R=R18=R19.
Характеристика КТ973А (Приложение 1): В мА тогда Из [E24] R=R18=R19=13 Ом.
Если предельная частота коэффициента передачи эмиттерного тока (для VT2 и VT4 МГц )соизмерима с верхней частотой полосы пропускания то транзистор в области высоких частот будет вносить частотные искажения: .
; - коэффициент передачи тока базы на нулевой частоте. - омическое сопротивление тела базы транзистора.
Так как то при пользовании выбранных транзисторов и использовании ОУ можно получить частотные искажения меньшие заданных. Следовательно данные транзисторы можно применять в выходных каскадах.
Выбрав все транзисторы и зная коэффициент усиления по напряжению по току определим требования предъявляемые к ОУ (предусилителю).
Оценим амплитуду выходного напряжения.
Проверим обеспечивается ли данная амплитуда на
Так как то выбранный ОУ обеспечивает получение требуемой амплитуды.
Резисторы R16 и R17 и количество диодов VD в каждом плече выбирается по следующему принципу. На базы транзисторов VT1 и VT3 подаем небольшое постоянное Uсм (должно обеспечивать открывание транзистора VT1 и VT3 и устранение нелинейных искажений. Он исчезают при I=15-20мА ) следует Iпокоя транзисторов VT1 и VT3 зададим 0.2-1 мА. Пусть IКо=0.3 мА. . По выходной характеристике транзистора КТ819А (рис. 2.3.2) находим что при .
Ток транзистора VT1 создает на сопротивлении в эмиттерной цепи падение напряжения
Напряжение смещения на транзисторах VT1 и VT3 .
В качестве диодов VD1 и VD2 используются маломощные диоды КД209А. Ток цепи обеспечивающий напряжение смещения обычно выбирается в 5-10 раз больше тока базы IБО. Эти цифры определяют приближенное значение тока через резисторы R16 и R17 (100 мА). Ориентируясь на это значение тока по справочнику мы выбрали диод: где n- количество последовательно включенных диодов Uд – падение напряжения на диоде. При этом следует использовать диоды из того же материала из которого выполнены транзисторы так чтобы p-n переходы транзистора были по возможности идентичными. Iд=100 мкА падение напряжения равно 0.4 В. Отсюда следует что в каждое плечо вводим по два диода.
Значение резисторов R16 и R17 находится из следующего уравнения:
. Из [E24] находим что .
Оценим погрешность . Для этого представим усилитель в виде:
Коэффициент использования сигнала:
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ЧАСТОТОМЕРА.
По техническому заданию необходимо разработать частотомер измеряющий частоту в полосе заданных частот (0–800 Гц) с погрешностью в 1 Гц.
Структурная схема построения цифрового частотомера выглядит следующим образом:
) М – мультивибратор (генератор напряжения прямоугольной формы) построенный на интегральном таймере К1006ВИ1
Длительность стадий разрядки Т1 и зарядки Т2 конденсатора С можно оценить с помощью уравнений: Т1=1.4 –время счета Т2=0.6 – время индикации. Задаем С1=10мкФ тогда R2=86580 Ом. Из [E24]=91 кОм R1+R2=202 кОм отсюда следует что R1=110 кОм из [E24].
Частота генерации импульсов: Гц.
)Генератор с кварцевым резонатором.
Для получения понастоящему стабильных колебаний необходимы кварцевые генераторы. В них используется кусочек кварца (искусственного- двуокись кремния) вырезанный и отшлифованный таким образом что он имеет определенную частоту колебаний (32768 Гц)
Высокая добротность Q (10000) и хорошая стабильность делают естественным его применение как задающего элемента в генераторах и фильтрах с улучшенными параметрами. В данном частотомере генератор выполнен на основе микросхемы К561ЛА7.
) Т – RS-триггер K561ТМ2. Триггеры широко используются во многих узлах электронной аппаратуры в виде самостоятельным изделий или в качестве базовых элементов для построения других более сложных устройств (счетчиков регистров запоминающих устройств). Они представляют собой простейшие последовательные устройства общим свойством которых является способность длительно оставаться в одном из двух возможных устойчивых состояний которые распознаются по значению их выходных сигналов. В простейшем исполнении триггер представляет собой симметричную структуру из двух логических элементов ИЛИ-НЕ или И-НЕ охваченных перекрестной положительной обратной связью
) Счетчик-делитель. У счетчика в режиме деления используется выходной сигнал только последнего триггера промежуточные состояния остальных триггеров во внимание не принимаются.
f106 – шесть каскадов делителей частоты на 10 (микросхема К176ИЕ2).
) Ф – формирователь образцовых интервалов времени. Предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Построен на триггере Шмитта (К561ТЛ1) ОУ140УД26 (Приложение 1) стабилитроне Д808 и диоде КД522А. Триггер Шмитта (триггер с эмиттерной сязью) обычно используется в качестве порогового устройства реагирую
щего на определенный уровень входного сигнала вне зависимости от скорости его изменения.
) СДИ – микросхема К490ИП1 – счетчик дешифратор индикатор. В частотомере используется 3 таких микросхемы так как верхняя частота диапазона – 800 Гц а погрешность дискретности по техническому заданию равна 1 Гц.
) R–C–цепочка. Предназначена для подачи на вход R СДИ кратковременных импульсов для обнуления счетчика и сброса индикатора. Время разряда конденсатора t должно быть гораздо меньше по сравнению с величиной 1fв
Возьмем резистор R=50кОм. Значение конденсатора вычислим из условия: нФ
Временные диаграммы работы частотомера (рис. 3.2):
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЛОКА ПИТАНИЯ
Источник электропитания должен обеспечить питание усилителя и частотомера для аналоговых микросхем ОУ 140УД26 и 157УД1 +15 В и –15 В для счетчиков и мультивибратора +9 В для индикаторов +5 В.
Суммарный потребляемый ток данных микросхем и нагрузки усилителя:
. Исходя из этого параметра выберем трансформатор ТПП261 ШЛМ 25*-32 мощностью 31 В×А напряжением вторичных обмоток 10 В 10 В В номинальным током в первичной 0.19 А и во вторичных обмотках 0.475 A.
Для выпрямления напряжения питания будем использовать диодный мост КЦ40Г (IПРmax=0.5 А).
В качестве стабилизаторов напряжения выберем микросхемы:
– для Uпит1=+15 В – микросхему К142ЕН8;
–для Uпит2=–15 В – микросхему К142ЕН11;
Для стабилизации номинального напряжения Uпит используем стабилитроны:
– для Uпит3=+9 В – стабилитрон КС190Г (Iст=10 мА);
– для Uпит4=+5 В – стабилитрон КС156А (Iст=5 мА);
Определим номиналы сопротивлений R22 и R23:
Из [E24] R22=620 Ом R23=820 Ом
Номиналы конденсаторы C1–C4 возьмем по 100 мкФ.
В данном курсовом проекте был рассчитан по параметрам и спроектирован усилитель измерительный с устройством измерения частоты и блоком питания отвечающий заданным параметрам технического задания.
Для защиты от скачка тока в блок питания был введен предохранитель.
Схемное решение усилителя было реализовано на интегральных операционных усилителях что не вызвало особых затруднений при проектировании.
В качестве устройства измерения частоты был применен частотомер электронно-счетный. Он основан на подсчете числа импульсов измеряемого сигнала. Данный частотомер может работать в режиме счетчика импульсов. Он позволяет измерять частоту импульсных сигналов до 1 Мгц с временем индикации 0.6 с и временем счета 1.4 с.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
)Гусев В.Г. Мулик А.В. «Проектирование электронных аналоговых тзмерительных устройств» (Уфа УГАТУ 1996).
)К. Б. Классен «Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике» (М. Постмаркет 2000)
)Алексенко А.Г. Галицын А.А. и др. «Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах» (М. «Радио и связь» 1984).
)И. П. Степаненко «Основы микроэлектроники» (М. Советское радио 1989)
)Гусев В.Г. Гусев Ю.М. «Электроника» (М. «Высшая школа» 1991).
)Аксенов А.И. Нефедов А.В. справочник «Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Конденсаторы. Резисторы» (М. «Радио и связь» 1995)
)Перебаскин А.В. Бахметьев А.А. и др. «Интегральные микросхемы. Операционные усилители» справочник том 1 (М. «Физико-математическая литература» 1993)
)Хоровиц П. Хилл У. «Искусство схемотехники» в 2 томах (М. «Мир» 1985).
)Материалы из Internet.

Печатная плата.cdw

Плату изготовить ком-
бинированным методом
Конфигурацию провод-
чертеж печатной платы

Монтажная схема.cdw

Приложения.doc

Электрические параметры схемное обозначение и АЧХ ОУ К140УД26.
0УД26 - широкополосный прецизионный усилитель со сверхнизким значением входного напряжения шума и высоким коэффициентом усиления напряжения. Внутренняя частотная коррекция отсутствует. Предназначен для построения малошумящих широкополосных схем с большим коэффициентом усиления. Корпус К140УД26 типа 3101.8-1 КР140УД26 - типа 2108.8-1.
Электрические параметра при Uп= 15 В Rн= 2к Т=25 ° C.
Максимальное выходное напряжение при Uп= 150 В
Напряжение смещения нуля при Uп= 150 В
Входной ток при Uп= 150 В
Ток потребления при Uп= 150 В
Разность входных токов при Uп= 150 В
Коэффициент усиления напряжения при Uп= 150 В
Частота единичного усиления
Скорость нарастания выходного напряжения
Входное синфазное напряжен
Сопротивление нагрузки
Температура окружающей среды
Функциональная схема интегрального таймера КР1006ВИ1.
Таймер на КР1006ВИ1.
Большие возможности для построения времязадающих устройств открывает использование интегрального таймера КР1006ВИ1.. Эта микросхема специально разработана для применения в устройствах подобного типа.
Функциональная схема интегрального таймера КР1006ВИ1.представлена на рисунке. В состав таймера входят два прецизионных компаратора высокого (DA1) и низкого (DA2) уровней асинхронный RS-триггер DD1 мощный выходной каскад на транзисторах VT1 и VT2 разрядный транзистор VT3 прецизионный делитель напряжения R1R2R3. Сопротивления резисторов R1-R3 равны между собой.
Таймер содержит два основных входа: вход запуска (вывод 2) и пороговый вход (вывод 6). На этих входах происходит сравнение внешних напряжений с эталонными значениями составляющими для указанных входов соответственно l3Uпит и 23Uпит. Если на входе Unop действует напряжение меньше 23Uпит то уменьшение напряжения на входе Uзап до значения меньшего 13Uпит приведет к установке таймера в состояние когда на выходе (вывод 3) имеется напряжение высокого уровня. При этом последующее повышение напряжения на входе Uзап до значения 13Uпит и выше не изменит состояния таймера. Если затем повысить напряжение на выходе Uпop до значения больше 23 Uпит то сработает триггер DD1 и на выходе таймера установится напряжение низкого уровня которое будет сохраняться при любых последующих изменениях напряжения на входе Uпop. Этот режим работы таймера обычно используют при построении реле времени мультивибратора. При этом вход Unop подключают к одной из обкладок конденсатора времязадающей цепи а по входу Uзап производят запуск таймера подачей короткого импульса отрицательной полярности. Если необходимо создать автоколебательный мультивибратор то оба входа объединяют. Транзистор VT3 служит для разрядки времязадающего конденсатора. При появлении напряжения высокого уровня на выводе 3 таймера этот транзистор открывается и соединяет обкладку конденсатора с общим проводом.
Типовая схема кварцевого генератора 32768 Гц на микросхеме К561ЛА7
(для опорных резонаторов)
DD1 - микросхема К561ЛА7;
R1 - сопротивление. необходимое для выхода на оптимальную рабочую точку инвертора;
С1 - конденсатор служащий для установки фазового сдвига;
R3 - R4 - делитель напряжения уменьшающий уровень подаваемых на вход резонатора импульсов;
ZQ - кварцевый резонатор РК206-N на номинальную частоту 32768 Гц с уровнем возбуждения 1мкВт.
Данную схему можно собрать на одной микросхеме К561ЛА7. Повышая напряжение делителем R3-R4 можно возбуждать резонаторы с высоким динамическим сопротивлением. Переменные конденсатор С1 и резистор R2 позволяют изменить фазовый сдвиг тем самым увеличить чувствительность.
Этим генератором можно возбудить опорные кварцевые резонаторы такие как РК206-N РК321. DD1 - микросхема серии К561ЛЕ5;
R3 R4 - делитель напряжения уменьшающий уровень подаваемых на вход резонатора импульсов;
ИЕ8 - десятичный счетчик-делитель с позиционными выходами
ИЕ8 представляет из себя десятичный счетчик с позиционными выходами со сбросом в исходное состояние и запретом счета. Выход соответствующий количеству входных импульсов находится в состоянии H а остальные позиционные выходы- в состоянии L. Выход переноса (Co) находится в потенциале L при кодовых комбинациях "5-9".
Активный потенциал Cl = H. Активный потенциал -En = L.
Параметры (T=+25) при питании
при выходном напряжении В
Задержки распространения нс
Длительность тактового импульса
Длительность импульса сброса
Максимальная рабочая частота МГц
Стабилизатор К142ЕН8 К142ЕН11.

Усилитель.cdw

Частотомер.cdw

Содержание.doc

I.Пояснительная записка
Техническое задание3
Выбор структурной схемы усилителя4
Проектирование принципиальной схемы и расчет отдельных
функциональных узлов усилителя5
Проектирование входной части5
Проектирование промежуточной части7
Проектирование выходной части9
Проектирование цифрового частотомера14
Временные диаграммы работы частотомера17
Проектирование блока питания18
Список использованной литературы20
II.Графическая часть
Блок питания. Схема электрическая принципиальная1
Усилитель. Схема электрическая принципиальная2
Частотомер. Схема электрическая принципиальная3
Усилитель. Схема монтажная4
Усилитель. Чертеж печатной платы5
III. Спецификация 1-3

Спецификация 2.cdw

Спецификация лист 1.cdw

Усилитель напряжения
Электронное устройство
схема принципиальная

приложения.doc

Максимальное выходное напряжение: 12 В;
Напряжение смещения нуля: 30 мкВ;
Ток потребления: 4.7 мА;
Коэффициент усиления напряжения: не менее 106;
Частота единичного усиления: не менее 20 МГц;
Скорость нарастания выходного напряжения: не менее 11 Вмкс;
Напряжение питания: ± (13.5 16.5) В;
Входное синфазное напряжение: не более 10 В;
Сопротивление нагрузки: не менее 2 кОм.
Таблица истинности логического блока:
К490ИП1 (справочное)
Индикаторы управляемые цифровые красного цвета свечения предназначенные для применения в радиоэлектронной аппаратуре. Схема управления выполнена по КМОП технологии. Индикаторы имеют 7 сегментов и децимальную точку позволяют воспроизвести любую цифру от 0 до 9 и децимальную точку.
индикаторов типа не более 15 г.
Ток потребления:2 мА
Напряжение питания: Индикаторов +5В Счетчиков +9В
Таблица назначения выводов
Номер вывода Назначение внешнего вывода
Микросхема КР590КН9. (справочное)
Два аналоговых ключа с низким сопротивлением.
Назначение выводов: I0-I1 - аналоговые входы (выходы). O0-O1- аналоговые выходы (входы). E0-E1 - разрешение. E+ положительное напряжение питания (+15 в). E- отрицательное напряжение питания (-15 в). Gnd- общий вывод (цифровая земля). Характеристики:
Uип = ±15В t вкл=500 нс
Uком=±15В U1вх=4 15 В
Rотк=10 Ом U0 вх=0 08
Временные диаграммы работы частотомера:

схема электрическая принципиальная.cdw

Преобразователь ток-напряжение
схема электрическая принципиальная

Спецификация 2.cdw

Спецификация 3.cdw

Спецификация 4.cdw

МП.cdw

* Размеры для справок
Монтаж выполнять согласно 1205.339438.000 Э3
Припой ПОС 61 ГОСТ 21931-76
Установку элементов производить по ОСТ и ГО 010.030-81
Маркировка радиоэлементов показана условно.

Спецификация 1.cdw

Принципиальная схема.bak.cdw

ПЗ.doc

Спроектировать электронное устройство в состав которого входит электронный усилитель электрического тока устройство усиления частоты усиливаемого им сигнала а также вторичный источник напряжения питания. У электронного усилителя тока выходной сигнал подается на один из двух выводов – сигналы на них появляться в зависимости от значений управляющих напряжений abcd и выполнения заданного для каждого варианта логического уравнения. При его выполнении выходной электрический ток снимается с выхода 1. При невыполнении уравнения – с выхода 2. Электронное устройство питается от промышленной сети U=220B10% 50 Гц.
Коэффициент усиления тока
Нижняя граница диапазона частот Гц
Верхняя граница диапазона частот Гц
Макс погрешность коэффициента усиления тока в рабочем диапазоне частот не более %
Входное сопротивление Ом
Погрешность входного сопротивления %
Диапазон значений выходного тока усилителя мА
Минимально допустимое выходное сопротивление Ом
Разрядность цифрового индикатора частоты
Время индикации частоты с
Уровни напряжений abcd B
Функция логического блока
Особенностью проектирования аналоговых электронных устройств является то что одинаково правомерны различные подходы и разная последовательность проведения операций расчета. При этом требуемые характеристики могут быть получены при использовании различных структурных схем а также при других параметрах элементов в идентичных схемах.
Основной тенденцией в проектировании современных электронных устройств является широкое использование типовых электронных функциональных микроузлов – интегральных микросхем. Когда заданные в технических условиях параметры и характеристики невозможно обеспечить с помощью интегральных микросхем следует дополнить их схемами выполненными на дискретных компонентах. Экономически целесообразным может оказаться разработка специальных микросхем частного применения которые дадут возможность получить требуемых характеристики преобразования.
Выбор структурной схемы усилителя
Если в техническом задании на проектирование содержатся специальные требования относящиеся к входной или выходной цепям то данные требования легче всего удовлетворить в том случае когда в структуре усилителя имеются специальные входные и выходные части. Поскольку основным средством получения требуемых параметров является введение цепей обратной связи то входная и выходная части могут представлять собой самостоятельные усилители охваченных местной обратной связью. Это простейшее решение с точки зрения проектирования и настройки.
Так как произведение коэффициентов усиления входной и выходной частей обычно меньше требуемого то между ними вводится промежуточная часть – она обеспечивает получение необходимого коэффициента усиления и представляет собой электронный усилитель.
Так как требуется усиливать медленно изменяющийся сигнал то в данной структурой схеме должна отсутствовать разделительная цепь в состав которой входят реактивные компоненты (конденсаторы трансформаторы). Это обусловлено тем что эти цепи не передают сигналы постоянного тока.
Структурную схему усилителя можно представить следующим образом:
где 1 4 7 – линейные сравнивающие (вычитающие) устройства;
5 8 – электронные усилители;
6 9 – цепи обратной связи.
Проектирование усилителя тока.
Проектирование входной части усилителя.
Для расчета входной части возьмем схему инвертирующего включения операционного усилителя представленную на рис.1 так как она обеспечивает достаточную точность и стабильность коэффициента усиления. Входной резистор R0 является преобразователем тока и является входным сопротивлением для всей схемы.
В качестве операционного усилителя используется 140УД26. Его параметры приведены в приложении 1.
Входное сопротивление схемы определяется резистором R0 R1 должен равняться 10 кОм используя номинальный ряд Е192 получим R1=10 кОм.
Используем ЛАЧХ операционного усилителя для оценки коэффициента усиления на граничных частотах.
Kyu(3000) = 90 дб = 316228;
Kyu(100) = 105 Дб = 17782794.
Зададим для входной части коэффициент усиления равный 20. Для вычисления номиналов резисторов используем формулу расчета коэффициента для инвертирующей схемы включения:
Тогда R2=200 кОм. В соответствии с номинальным рядом Е192 выберем
Резистор R3 служит для уменьшения дрейфа нуля вызванного колебаниями входных токов и рассчитывается по формуле:
Тогда R3=952 кОм. В соответствии с номинальным рядом Е192 выберем R3=953 кОм.
Рассчитаем коэффициент частотных искажений по формуле:
Рассчитаем погрешность коэффициента усиления вызванную погрешностью резисторов. Так как все резисторы взяты из серии С5-60 классом точности 0005% тогда:
Разделительная цепь будет состоять из полосового фильтра реализуемого с помощью последовательного соединения НЧ и ВЧ фильтров. Схема пассивного низкочастотного RC-фильтра представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема ФНЧ.
Из номинального ряда Е192 выберем C1=150 нФ тогда
Из номинального ряда Е192 выберем R4=106 кОм. Проверим правильность выбора номиналов элементов:
Схема пассивного низкочастотного RC-фильтра представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Схема ФВЧ.
Из номинальноо ряда Е192 выберем C2=604 нФ тогда
Из номинального ряда Е192 выберем R5=887 Ом. Проверим правильность выбора номиналов элементов:
Согласно техническому заданию выходной ток должен быть 10 мА. Этому условию удовлетворяет микросхема LM343 электрические параметры которой приведены в приложении 2. Входной сигнал подаем на инвертирующий вход (рис.4).
Рисунок 4 – Схема включения инвертирующего усилителя
Kyu(3000) = 75 дб = 562341;
Kyu(100) = 100 Дб = 100000.
Зададим для выходной части коэффициент усиления равный 10. Для вычисления номиналов резисторов используем формулу расчета коэффициента для инвертирующей схемы включения:
Выберем R7=100 кОм тогда R6=10 кОм. В соответствии с номинальным рядом Е192 выберем R7=100 кОм R6=10 кОм.
Резистор R8 служит для уменьшения дрейфа нуля вызванного колебаниями входных токов и рассчитывается по формуле:
Тогда R8=909 кОм. В соответствии с номинальным рядом Е192 выберем R8=909 кОм.
Рассчитаем результирующий коэффициент частотных искажений Мв по формуле:
Рассчитаем погрешность коэффициента преобразования в рабочем диапазоне частот по формуле:
Подставляем численные значения:
=(1.0024 – 1)·100%=0.24%
Полученное значение не превышает значения максимальной погрешности коэффициента преобразования равного 05 % приведенного в задании на курсовой проект.
Рассчитаем значение выходного сопротивления.
Что удовлетворяет условию технического задания Rвых>10000 Ом.
Погрешность усиления вызванная погрешностью резисторов всего усилителя:
что меньше указанной в техническом задании.
Необходимо устройство которое при подаче на вход управления логической единицы передавало бы входной аналоговый сигнал на выход 1. При появлении же на входе управления логического нуля аналоговый входной сигнал должен передаваться на выход 2 этого устройства. Рис.5 иллюстрирует работу этого ключа.
В нашем случае необходимо чтобы сигнал был или на первом или на втором выходе поэтому на входах управления должны быть всегда разные уровни: на одном и на втором то есть на второй нужно поставить инвертор а - это сигнал с выхода логического блока.
В качестве этого ключа возьмем микросхему КР590КН9. Она имеет следующие характеристики:
коммутируемое напряжение 15 В.
время переключения 300 нс
сопротивление открытого ключа 30 Ом.
входное напряжение единицы 4..15 В.
входное напряжение нуля 0..08 В.
напряжение источника питания 15 В
ток потребления 300 мкА.
Принцип её действия основан на изменении сопротивления полевого транзистора на затвор которого подается управляющий сигнал. Сопротивление транзистора равно 30 Ом когда на затвор подается уровень логической единицы следовательно транзистор открыт. Когда же на входе управления логический нуль сопротивление транзистора велико и на соответствующем выходе микросхемы сигнал отсутствует. Обозначения выводов микросхемы и ее вид представлены ниже на рис.6.
Проектирование логического блока.
Логический блок данного прибора решает логическое уравнение вида:
Таблица истинности логического уравнения
Схема логического блока представлена на рисунке ниже:
Рисунок 7 - Схема логического блока
В схемном решении применим элементы ТТЛ. Так как для используемых серий микросхем данного семейства низкий уровень имеет напряжение не более 04 В а высокий – не более 25 В а входное напряжение единичного сигнала составляет 20В то на каждый вход логического блока ставим делитель напряжения для того чтобы получить на входе напряжение 24 В.
В качестве элементов И используется К155ЛИ1(приложение 3);
элемента ИЛИ на основе К155ЛЛ1 (приложение 3).
Для всех микросхем необходимо напряжение питание равное +5 В.
Схема делителя напряжения:
Рисунок 8 Схема делителя напряжения.
На вход подаётся напряжение Uвх= 20 В то напряжение на выходе будет сниматься с резистора R2 и будет равно Uвых= 5 В;
Возьмём общее сопротивление резисторов равным 500 кОм (R1+R2=500 кОм) тогда ток протекающий через все сопротивления при входном напряжении будет равен:
Падение напряжения на резисторе R2 равно U2 = 5 В тогда падение напряжения на резисторе R1 равно U1 = 20-5 = 15 В
Исходя из падений напряжений на каждом резисторе найдём номиналы этих резисторов:
Выберем номинал резистора R1 из ряда Е192 параметры которого:
номинал: 374 кОм ±025%.
Выберем номинал резистора R2 из ряда Е192 параметры которого:
номинал: 126 кОм ±025%.
Подобный делитель следует поставить для всех сигналов abcd
Проектирование частотомера
Необходимо разработать частотомер измеряющий частоту в полосе заданных частот (100 3000 Гц) с погрешностью в 1 Гц.
Структурная схема построения цифрового частотомера:
Генератор прямоугольных сигналов частотой 1 Гц. Основан на микросхеме К176ИЕ5(приложение 4) содержащей кварцевый генератор с внешним резонатором РКТ 206 на 16384 Гц и подключенным к нему девятиразрядным делителем частоты и шестиразрядный делитель частоты. Схема включения микросхемы приведена на рис 10.
К выводам Z и Z подключаются кварцевый резонатор резисторы и конденсаторы и . Сигнал с частотой 16384 Гц поступает на вход девятиразрядного двоичного делителя частоты. С его выхода 9 сигнал с частотой 32 Гц может быть подан на вход 10 шестиразрядного делителя тогда на выходе 4 пятого разряда этого делителя формируется частота 1 Гц на выходе 5 шестого разряда – 05 Гц. Конденсаторы и служат для точной установки частоты кварцевого генератора. Ёмкость первого из них может находиться в пределах от 1 до 100 пикофарад ёмкость второго - 30 100 пФ. При увеличении ёмкости конденсаторов частота генерации уменьшается. Установим . Сопротивление резистора может находиться в пределах однако при его значении менее 10 МОм возбуждаются не все кварцевые резонаторы поэтому сопротивление резистора выбираем равным а сопротивление
Делитель частоты основанные на микросхеме К176ИЕ1(приложение 4) делит частоту 05Гц на 2.
Далее поделенные сигналы подаются на логический элемент И: КР1561ЛИ2 (приложение 5).
Временные диаграммы:
Формирователь прямоугольных сигналов (рис.12). Предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Операционный усилитель КР140УД26 с включенными в цепь обратной связи по неинвертирующей схеме стабилитроном Д808 и диодом КД522А убирает отрицательную полуволну и ограничивает положительную . Логический элемент “И” из состава микросхемы К561ТЛ1 (приложение 6) с передаточной характеристикой триггера Шмитта преобразует сигнал в прямоугольные импульсы.
Временные диаграммы формирователя представлены на рис.13 на которых представлены сигналы на входе после усилителя и после триггера Шмитта.
Счетчик со встроенными дешифратором и индикатором – микросхема К490ИП1 (приложение 7). В частотомере используется 4 таких микросхемы так как верхняя частота диапазона – 3000 Гц.
R-C–цепочка. Предназначена для подачи на вход R индикаторов кратковременных импульсов для обнуления счетчика и сброса индикатора. Время разряда конденсатора должно быть гораздо меньше по сравнению с величиной с. Зададим и . Так как тогда .
Временные диаграммы работы частотомера представлен на рис.14
Блок питания должен обеспечивать питанием аналоговые и цифровые микросхемы. Токи и мощности потребляемые всеми микросхемами приведены в таблице ниже:
каждой микросхемой мА
Блок питания питается от промышленной сети ( 220В 50 Гц ) и обеспечивает соответствующими напряжениями питания все блоки устройства ( +5В +9В +15В -15В).
Для +5В :66+38+140=244 мА;
Для +9В :025+002+0002+0004+37=3976 мА;
Для ±15В:03+47*2+2=99мА;
) Выбор интегральных стабилизаторов
а) Для цифровой части напряжение питания составляет + 9 В
В качестве интегрального стабилизатора +9В возьмем К142ЕН8А (DA1)
со следующими параметрами:
б) для источника 15В - К142ЕН6 (DA2) с параметрами:
)Исходя из требований выбираем выпрямительные мосты:
а) для источника +9 В - КД 208 А (VD1) с максимальным прямым током
б) для источника 15 В – КД 208А (VD2) с максимальным прямым током 05 А
Исходя из требований выбираем трансформатор питания из типовой серии ТПП (унифицированные трансформаторы для питания устройств на полупроводниковых приборах):
а) для источника +9 В - ТПП262 -127220-50 (T1) с Pтр=31 ВА >> Pц
Pц=0.468 ВА мощность трансформатора много больше потребляемой мощности цифровой части.
Напряжения (токи) вторичных обмоток
б) для источника 15 В - ТПП248-127220-50 (T2) с параметрами:
Напряжения (токи) вторичных обмоток :
)Расчет ёмкостей конденсаторов фильтров :
Для качественного сглаживания необходимо чтобы Xс Rн. где Xс - реактивное сопротивление конденсатора Rн - сопротивление нагрузки.
Для цифровых микросхем и ОУ напряжение пульсаций на выходе должно быть 001 В.
а) для источника +9 В:
U1 = 12В - напряжение на входе стабилизатора
U2 = 9В - напряжение на выходе стабилизатора
Iн = 025 А - ток нагрузки
Rн = U1 Iн =20 025=80 Ом
Выбираем Xс = 1 тогда из формулы находим ёмкость C1:
= 3100 мкФ. Выбираем емкость С1 = 5000 мкФ.
С2 выбираем равной емкости С1. Таким образом С1=С2=5000 мкФ.
Подсчитаем напряжение пульсаций на выходе стабилизатора:
Uп2 = Uп1 К ст =9 3000 = 0003 В 001 В
а) для источника 15 В:
U11 U21 = 20 В - напряжения на входе стабилизаторов
U12 U22 = 15 В - напряжения на выходе стабилизаторов
Iн = 01 А - ток нагрузки
Rн = U11 Iн =20 01=200 Ом
Выбираем Xс = 10 тогда из формулы находим ёмкости C3 и С4:
= 318 мкФ. Выбираем емкости С3 и С4 = 300 мкФ.
С7 и С8 выбираем равной емкости С3 и С4. Таким образом С3=С4=С7=С8=300 мкФ.
Uп2 = Uп1 К ст =15 5000 = 0003 В 001 В.
Конденсаторы С5 и С6 выбираем керамические равные 01 мкФ.
)Расчет для 5В части.
Выберем стабилитрон Д815А с параметрами при
Тогда Возьмем его Ом.
В ходе данной курсовой работы был спроектирован измерительный усилитель по всем параметрам отвечающий требованиям технического задания а также разработаны частотомер и блок питания.
Можно сделать вывод что проектировать и создавать рабочие схемные решения на интегральных операционных усилителях значительно проще чем эквивалентные им схемы на дискретных компонентах.
При проектировании не была учтена экономическая часть что может отразиться на высокой стоимости разработанных блоков.
Электрические параметры и ЛАЧХ ОУ КР140УД26:
Максимальное выходное напряжение: 12 В;
Напряжение смещения нуля: 30 мкВ;
Ток потребления: 4.7 мА;
Коэффициент усиления напряжения: не менее 106;
Частота единичного усиления: не менее 20 МГц;
Скорость нарастания выходного напряжения: не менее 11 Вмкс;
Напряжение питания: ± (13.5 16.5) В;
Входное синфазное напряжение: не более 10 В;
Сопротивление нагрузки: не менее 2 кОм.
Электрические параметры и АЧХ ОУ LM343:
f1=1 МГц – частота единичного усиления
Iвых.max=20 мA – максимальный выходной ток
Uвых=5 В – максимальное выходное напряжение
Iпотр=2 мА – ток потребления
Uсм=5 мкВ – напряжение смещения
Ток потребления: 33 мА
Напряжение питания: +5В
Время задержки при вкл:19 нс.
Время задержки при выкл:27 нс.
элементы 2 ИЛИ К155ЛЛ1
Ток потребления: 38 мА
Время задержки при вкл:15 нс.
Время задержки при выкл:22 нс.
Все микросхемы имеют габариты:
К176ИЕ5 - 15-разрядный делитель частоты. КМОП микросхема.
Напряжение питания: +9В
Микросхема ИЕ5 представляет собой 15-разрядный делитель частоты который может работать с кварцевым резонатором на частоту 16384 или 32768 Гц. Делитель частоты включает в себя инвертор (вход - вывод 9 выход - ввод 10) который используется в качестве активного элемента задающего генератора.
Для образования 15-разрядного делителя частоты необходимо выводы 1 и 2 микросхемы объединить т.к. последние шесть разрядов схемы имеют самостоятельный вход (вывод 2) а внутренняя связь между выходом 9-го разряда и входом 10-го разряда делителя частоты отсутствует. Управляющий вход (3) предназначен для сброса последних шести разрядов схемы в нулевое состояние при установке точного времени. Вывод 6 (питание подложки) нужно соединить с выводом 7 (Общий).
К176ИЕ1 - 6-разрядный двоичный счетчик. КМОП микросхема.
элементы 2И КР1561ЛИ2 (КМОП)
Ток потребления: 0004 мкА
Напряжение питания: +9В
Ток потребления: 02 мкА.
Напряжение питания: +9В.
Время задержки при вкл:50 нс.
Время задержки при выкл:50 нс.
К561ТЛ1-Четыре триггера Шмита с входной логикой 2И. КМОП микросхема.
Ток потребления: 002 мА
Индикаторы управляемые цифровые красного цвета свечения предназначенные для применения в радиоэлектронной аппаратуре. Индикаторы имеют 7 сегментов и децимальную точку позволяют воспроизвести любую цифру от 0 до 9 и децимальную точку.
Масса индикаторов типа не более 15 г.
Ток потребления:2 мА
Напряжение питания: Индикаторов +5В
Таблица назначения выводов
Номер вывода Назначение внешнего вывода
Список использованной литературы
Гусев В.Г. Мулик А.В. “Аналоговые измерительные устройства: учебное пособие” (Уфа УГАТУ 1996).
Гусев В.Г. Гусев Ю.М. “Электроника” (М. “Высшая школа” 1991).
Аксенов А.И. Нефедов А.В. “Cправочник Резисторы конденсаторы провода припои флюсы.” (М. “Солон-р” 2000).
Перебаскин А.В. Бахметьев А.А. “Интегральные микросхемы: “Операционные усилители” (Том 1. – М.: Физмалит 1993).
Шило В.Л. “Популярные микросхемы КМОП” (М. Горячая Линия-Телеком 2001)
Операционные усилители и компараторы. – М.: Издательский дом «Додэка-ХХI» 2002.
Богданович М.И. Грель И.Н. и др. “Цифровые интегральные микросхемы” – Мн.: Беларусь Полымя. 1996.
Сидоров И.Н. и др. “Малогабаритные трансформаторы и дроссели: Справочник - М.: Радио и связь 1985.

ПП.cdw

Технические требования:
) Плату изготовить методом печатного монтажа
не должен превышать 0
) Плата должна соответствовать ГОСТ 23752-79
) Проводники выполняють шириной: 0.4±0.05 мм
) Шаг координатной сетки 2

Рамка для содержания.doc

Техническое задание 4
Выбор структурной схемы усилителя 5
Проектирование входной части усилителя 7
Проектирование выходной части усилителя 11
Проектирование электронного ключа ..14
Проектирование логического блока . 16
Проектирование частотомера 19
Проектирование блока питания 24
Список использованной литературы 37

печатка.cdw

Плату изготовить комбинированным методом
Шаг координатной сетки 1
Конфигурацию проводников выдерживать по координатной сетке
условно обозначенные сплошными линиями
Плата должна соответствовать ГОСТ 23752-79
Проводники покрыть сплавом "Розе

монтаж.cdw

Места маркировки элементов показаны условно
Припой ПОС61 ГОСТ21931-76
Монтаж выполнить согласно 4032.309.379. ЭЗ
Плату до сборки покрыль лаком НЦ-62 ОСТ6-10-391-74

частотомер.doc

6. Расчет частотомера
Проектирование частотомера будем производить по электросчетному методу то есть будем считать количество образцовых прямоугольных импульсов подаваемых с формирователя за образцовую же секунду формируемую с помощью кварцевого резонатора.
Рис.6.1 структурная схема частотомера
М – генератор мультивибратор;
Г – генератор на кварцевом резонаторе;
f104 – делитель частоты;
Ф – формирователь образцовых импульсов;
СДИ – счетчик дешифратор индикатор;
Номиналы R14 и С5 выберем с условием обеспечения достаточно малого по времени импульса на вход Reset счетчика:
=R14C5=00004с => С5=16нФ(6.1)[2]
Мультивибратор (М) представляет собой генератор напряжения прямоугольной формы. Он построен в виде интегральной МС КР1006ВИ1. Схема включения МС выглядит так:
Рис. 6.2 Мультивибратор
Мультивибратор дает на выходе прямоугольные импульсы длительностью Т2 с периодом Т2+Т1 которые подбираются из расчета:
T1=07(R12+R13)·C3 (6.2)[2]
T2=07·R12·C3 (6.3)[2]
Возьмем С3 =10мкФ. Т1=15с(время индикации) и Т2=1с.
Рис. 6.3 Выходной сигнал мультивибратора
С4 =01мкФ (из документации на МС).
Генератор (Г) представленный на рис.14 выполнен на основе ЛЭ 3И-НЕ микросхемы К561ЛА7 с использованием кварцевого резонатора для получения высокой стабильности частоты 10кГц.
рис. 6.4 Генератор тактовых импульсов
В качестве триггера использована МС К561ТМ2. МС дает на выходе сигнал высокого уровня после импульса высокого уровня на счетном входе и сбрасывает выход после импульса на входе Reset.
Делитель частоты (f104) построен на четырех соединенных каскадно счетчиках импульсов (К176ИЕ2) каждый из которых дает на выходе импульс после каждого десятого импульса пришедшего на вход.
Рис. 6.5 Делитель частоты
Формирователь (Ф) импульсов измеряемой частоты можно организовать на основе ОУ в режиме насыщения 1 триггера Шмидта(К561ТЛ1).
Рис. 6.6 Формирователь импульсов
Счетчик индикатор дешифратор (К490ИП1) считает пришедшие на счетный вход импульсы дешифрует и индицирует на семисегментном индикаторе на светоизлучающих полупроводниковых диодах. Так как в задании указана разрядность цифрового индикатора частоты равная 4 то в схеме частотомера будет стоять последовательно 4 К490ИП1.
Рис. 6.7 Счетчик дешифратор индикатор
Временная диаграмма работы частотомера будет выглядеть так:
Рис. 6.8 Временная диаграмма работы частотомера

пояснилка.doc

Техническое задание 2
Построение блок-схемы прибора .. .4
Проектирование электронного усилителя тока .. ..5
1 Выбор структурной схемы усилителя . 5
2 Расчет усилительного каскада ..6
3 Проектирование промежуточной части .. 7
3.1 Расчет коэффициентов частотных искажений 7
4 Проектирование выходной части .. .. 9
Метрологическая часть .. .9
1 Погрешность коэффициента преобразования .. . 9
Расчет RC – фильтра 10
Проектирование логического блока . 11
1 Расчет делителя напряжения ..13
Проектирование электронно-аналогового ключа 14
Проектирование частотомера .15
Проектирование блока питания .19
Список использованной литературы .. .23
Спроектировать электронное устройство содержащее измерительный преобразователь ток-напряжение устройство измерения частоты и вторичный источник электропитания. У преобразователя ток-напряжение выходной сигнал подается на один из двух входов – в зависимости от значений управляющих напряжений a b c d и выполнения логического уравнения ac+bd. При его выполнении выходной сигнал снимается с выхода 1 иначе с выхода 2. U=220B+- 10% 50Гц.
Коэффициент преобразования 4000
Диапазон рабочих частот 200 – 2500 Гц
Максимальная погрешность коэффициента преобразования в рабочем диапазоне частот не более 15 %
Входное сопротивление в диапазоне рабочих частот 02 Ом
Диапазон изменения входного тока -075..+075 мА
Минимальное выходное сопротивление 10000 Ом
Разрядность цифрового индикатора частоты 4
Время индикации 15 с.
Логическое уравнение
Уровни напряжений a b c d 0; 10 В Введение
Особенностью проектирования аналоговых электронных устройств является то что одинаково правомерны различные подходы и разная последовательность проведения операций расчета. При этом требуемые характеристики могут быть получены при использовании различных структурных схем а также при других параметрах элементов в идентичных схемах.
Основной тенденцией в проектировании современных электронных устройств является широкое использование типовых электронных функциональных микроузлов – интегральных микросхем. Когда заданные в технических условиях параметры и характеристики невозможно обеспечить с помощью интегральных микросхем следует дополнить их схемами выполненными на дискретных компонентах. Экономически целесообразным может оказаться разработка специальных микросхем частного применения которые дадут возможность получить требуемых характеристики преобразования.
Построение блок-схемы прибора
По техническому заданию (ТЗ) составим блок-схему прибора которая будет отражать общее устройство и принцип работы электронного прибора. По ТЗ входной синусоидальный сигнал поступает во входной каскад усилителя от внешнего источника. Затем он усиливается до определенного уровня и поступает на электронный ключ. Электронный ключ осуществляет переключение сигнала между двумя выходами. Электронный ключ управляется логическими сигналами которые преобразуются в логическом блоке (в соответствии с логическим уравнением заданным в ТЗ). На выход усилителя подключен частотомер который измеряет частоту усиливаемого сигнала преобразуя синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы. Блок питания обеспечивает схему прибора заданными напряжениями.
Блок-схема прибора представлена на рисунке 1:
Рис. 1 Блок-схема проектируемого прибора
Проектирование электронного усилителя тока
1 Выбор структурной схемы усилителя
Если в техническом задании на проектирование содержатся специальные требования относящиеся к входной и выходной цепям то данные требования легче всего удовлетворить в том случае когда в структуре усилителя имеются специальные входные и выходные части. Поскольку основным средством получения требуемых параметров является введение цепей обратной связи то входная и выходная часть могут представлять собой самостоятельные усилители охваченные местной обратной связью. Это простейшее решение с точки зрения проектирования и настройки.
Так как произведение коэффициентов усиления входной и выходной части обычно меньше требуемого то между ними вводится промежуточная часть – она обеспечивает получение необходимого коэффициента усиления и представляет собой электронный усилитель.
Так как требуется усиливать медленно изменяющийся входной сигнал то в данной структурной схеме должна отсутствовать разделительная цепь в состав которой входят реактивные компоненты (конденсаторы трансформаторы). Это обусловлено тем что такие цепи не передают сигналы постоянного тока.
Структурная схема усилителя представлена на рисунке 2:
Рис. 2 Структурная схема усилителя
где 157 – линейные сравнивающие (вычитающие) устройства;
8 – электронные усилители; 369 – цепи обратной связи.
2 Расчет усилительного каскада
Рассчитаем Uвх. преобразователя ток-напряжение:
Uвх = 07510-3 02 = 015 мВ
Uвых = Kпр Iвх (2.3)
Uвых = 4000 075 10-3 = 3 В
Используем простейший преобразователь ток-напряжение. Данная входная часть не обеспечивает усиления по напряжению.
Рис. 3 Входная часть проектируемого прибора
3 Проектирование промежуточной части
По техническому указанию коэффициент преобразования Кп = 4000
Коэффициент усиления по напряжению проектируемого усилителя получился равным 20000.
Промежуточная часть будет состоять из одного ОУ с коэффициентам усиления Кu=200. Исходя из технического задания выбираем операционный усилитель К140УД26. Его технические характеристики:
-единичная частота среза – 20 МГц
-коэффициент преобразования – 106
-минимальное сопротивление нагрузки – 2 кОм
-напряжение питания – ±(135 165) В
-выходное сопротивление – 70 Ом
-дифференциальное сопротивление - 6·106 Ом
Ориентировочно построив ЛАХ для данной микросхемы (приложение А) определим диапазон изменения коэффициентом усиления в рабочем диапазоне частот (диапазон частот немного расширяем чтобы увеличить надежность устройства):
0Hz соответствует 110dB
00Hz соответствует 80dB
R1 = 200 кОм из ряда Е192
кОм принимаем R3 = 200 кОм по номинальному ряду сопротивлений Е192.
3.1 Расчет коэффициентов частотных искажений:
4 Проектирование выходной части
Выходная часть будет состоять из одного ОУ с коэффициентом усиления Кu=200. Исходя из технического задания выбираем операционный усилитель К140УД26.
кОм принимаем R6 = 100 кОм по номинальному ряду сопротивлений Е192.
Метрологическая часть
1 Погрешность коэффициента преобразования
Рассчитаем погрешность коэффициента преобразования:
Uвых = 175 10-3 20000 = 3 В
Расчет RC – фильтра
Чтобы постоянная составляющая не усиливалась в выходном каскаде после каждого усилителя в промежуточном каскаде ставим RC-фильтр. Он обеспечивает сведение к нулю отклонений по коэффициенту усиления на нижней частоте. Выбираем Г-фильтр состоящий из RC- цепочки. Фильтр изображен на рисунке 4:
Рис. 4 Фильтр состоящий из RC-цепочки
Зададим С=2 мкФ тогда рассчитаем сопротивление резистора. Для ФНЧ частота среза рассчитывается по формуле:
Подставляем численные значения:
Согласно ряду Е12 выберем номинал резистора R=1кОм.
Аналогично рассчитаем параметры звена ФВЧ.
Рис. 5Схема RC-цепочки ФВЧ
Выбираем R=1 кОм по ряду Е12.
Проектирование логического блока
По техническому заданию требуется выполнить преобразование управляющих сигналов в соответствии с заданной логической функцией.
Задано логическое уравнение:
Составим таблицу истинности (приложение Б)
Логический блок представлен на рисунке 6:
Рис. 6 Логический блок
В схемном решении применим элементы ТТЛ. Так как для используемых серий микросхем данного семейства низкий уровень имеет напряжение не более 04 В а высокий – не более 25 В а входное напряжение единичного сигнала составляет 10 В то на каждый вход логического блока ставим делитель напряжения для того чтобы получить на входе напряжение 24 В.
В логическом блоке применим микросхемы:
Конъюнктор К555ЛИ4 с параметрами : Дизъюнктор К555ЛЕ4 с параметрами:
Uвх мах=45 В Uвх мах=45 В
Uвых min=0 В Uвых min=0 В
U1 вых≥25В U1 вых≥25В
U0 вых≤04В U0 вых≤04В
t10 здр = 10нс t10 здр = 10нс
t01 здр = 10нс t01 здр = 10нс
Iвх≤002 мА Iвх≤002 мА
Микросхема К155ЛЕ4 с параметрами:
Номинальное напряжение питания
Выходное напряжение низкого уровня
Выходное напряжение высокого уровня
Входной ток низкого уровня
Входной ток высокого уровня
Входной пробивной ток
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения
Потребляемая статическая мощность на один логический элемент
Время задержки распространения при включении
Время задержки распространения при выключении
1 Расчёт делителя напряжения
Делители напряжения нашли широкое применение в электронных схемах. Их часто используют для того чтобы получить минимальное напряжение на выходе (Uвых=Uвх.min) из некоторого диапазона постоянного (или переменного) напряжения на входе (Uвх=Uвх.min Uвх.max).
От данного многопредельного делителя напряжения требуется получить напряжение (U = 24 В).
Схема делителя напряжения показана на рисунке:
На вход подаётся напряжение Uвх= 10 В то напряжение на выходе будет сниматься с резистора R10 и будет равно Uвых= 2.4 В;
Возьмём общее сопротивление резисторов равным 500 кОм (R9 + R10 =500 кОм) тогда ток протекающий через все сопротивления при входном напряжении будет равен:
Падение напряжения на резисторе R11 равно U2 = 24 В тогда падение напряжения на резисторе R9 равно U1 = 10-24 = 76 В
Исходя из падений напряжений на каждом резисторе найдём номиналы этих резисторов:
Выберем номинал резистора R9=383 из ряда Е192
Выберем номинал резистора R10=120 из ряда Е192.
сопротивления резисторов: R9=R11=R13=R15=383 кОм
R10=R12=R14=R16=120 кОм
Проектирование электронного аналогового ключа
Электронные аналоговые ключи широко используются в электронике для осуществления передачи аналоговой информации от одного блока к другим. Основными параметрами ключа являются:
Iком – ток протекающий по открытому каналу ключа
Uком- максимально допустимое напряжение прикладываемое между входом и выходом аналогового ключа
Rотк- сопротивление ключа в открытом состоянии
t вкл- время переключения ключа
Исходя из параметров разрабатываемого прибора выберем микросхему аналогового ключа КР590КН9 (см. приложение Г) которая имеет следующие характеристики:
Uип = ±15В t вкл=500 нс
Uком=±15В U1вх=4 15 В
Rотк=10 Ом U0 вх=0 08
На рис.7 представлена упрощенная физическая и структурная модели:
рис.7 Структурная и физическая модель КР590КН9
Пока на вход Uупр подается сигнал низкого уровня КМОП транзистор находится в закрытом состоянии сопротивление канала высокое. Если подать на вход Uупр высокий уровень напряжения то транзистор откроется сопротивление понизится и ток утечки потечет через него. На рис.8 представлено условное
графическое обозначение ключа:
рис.8 Графическое обозначение КР590КН9
На входы 4 и 5 подаются входные аналоговые сигналы которые снимаются с 3 и 6 соответственно. На входы 10 и 15 подаются сигналы управления ключами. К выводам 11и13 подается напряжение питания ±15 В. Вывод 14 подключается к общему проводу схемы.
Проектирование частотомера
Проектирование частотомера будем производить по электросчетному методу то есть будем считать количество образцовых прямоугольных импульсов подаваемых с формирователя за образцовую же секунду формируемую с помощью кварцевого резонатора.
Рис.9 структурная схема частотомера
М – генератор мультивибратор;
Г – генератор на кварцевом резонаторе;
f104 – делитель частоты;
Ф – формирователь образцовых импульсов;
СДИ – счетчик дешифратор индикатор;
Номиналы R14 и С5 выберем с условием обеспечения достаточно малого по времени импульса на вход Reset счетчика:
=R14C5=00004с => С5=16нФ(7.1)[2]
Мультивибратор (М) представляет собой генератор напряжения прямоугольной формы. Он построен в виде интегральной МС КР1006ВИ1. Схема включения МС выглядит так:
Рис. 10 Мультивибратор
Мультивибратор дает на выходе прямоугольные импульсы длительностью Т2 с периодом Т2+Т1 которые подбираются из расчета:
T1=07(R12+R13)·C3 (7.2)
Возьмем С3 =10мкФ. Т1=15с(время индикации) и Т2=1с.
Рис. 11 Выходной сигнал мультивибратора
С4 =01мкФ (из документации на МС).
Генератор (Г) представленный на рис.14 выполнен на основе ЛЭ 3И-НЕ микросхемы К561ЛА7 с использованием кварцевого резонатора для получения высокой стабильности частоты 10кГц.
Рис. 12 Генератор тактовых импульсов
В качестве триггера использована МС К561ТМ2. МС дает на выходе сигнал высокого уровня после импульса высокого уровня на счетном входе и сбрасывает выход после импульса на входе Reset.
Делитель частоты (f104) построен на четырех соединенных каскадно счетчиках импульсов (К176ИЕ2) каждый из которых дает на выходе импульс после каждого десятого импульса пришедшего на вход.
Рис. 13 Делитель частоты
Формирователь (Ф) импульсов измеряемой частоты можно организовать на основе ОУ в режиме насыщения 1 триггера Шмидта(К561ТЛ1).
Рис. 14 Формирователь импульсов
Счетчик индикатор дешифратор (К490ИП1) считает пришедшие на счетный вход импульсы дешифрует и индицирует на семисегментном индикаторе на светоизлучающих полупроводниковых диодах. Так как в задании указана разрядность цифрового индикатора частоты равная 4 то в схеме частотомера будет стоять последовательно 4 К490ИП1.
Рис. 15 Счетчик дешифратор индикатор
Временная диаграмма работы частотомера будет выглядеть так:
Рис. 16 Временная диаграмма работы частотомера
Проектирование блока питания
Блок питания разрабатываемого прибора должен питаться от сети переменного тока 220 В +10 % 50 Гц ;обеспечивая соответствующими напряжениями питания все блоки устройства( +15 В для электронного ключа усилителя и компаратора +9 В для частотомера). Чтобы правильно выбрать микросхемы стабилизаторов и трансформатора посчитаем токи потребляемой схемы.
Потребляемый ток от источника напряжения 15В равен:
I15=0.002+9.4=9.402мА
Потребляемый ток от источника напряжения 9В равен:
I9=0.005+0.0012+0.3+15=15.306мА
Потребляемый ток от источника напряжения 5В равен:
Потребляемая схемой суммарная мощность равна:
Pсумм=9.409·15+15.306·9+35·5=453.784 мВт
Исходя из этого выберем трансформатор ТПП262–127220–50 мощностью 31 Вт×А напряжением вторичных обмоток 20 В 20 В и 4 В номинальным током во вторичных обмотках 0352 A.
В качестве диодного моста возьмем 4 диода Д229А(Iпр.max=04А Iобр.max=50 мкА Uобр.=400В)
Для выпрямления напряжения питания будем использовать:
– для Uпит1=+15 В – микросхему К142ЕН8(приложение 10);
– для Uпит2=–15 В – микросхему К142ЕН11(приложение 11);
– для Uпит3=+9 В – стабилитрон КС190Г (Iст=10 мА Uст=9 В );
– для Uпит4=+5 В – стабилитрон КС156А (Iст=5 мА Uст5.6 В);
Определим номиналы сопротивлений R18 и R19:
R19===400 Ом (из номинального ряда – 390 Ом).
Конденсаторы C9–C12 возьмем по 100 мкФ. Эти конденсаторы нужны для увеличения постоянной составляющей напряжения питающего микросхемы. Все конденсаторы большой емкости поэтому необходимо брать электролитические конденсаторы.
Рис. 7.1 Блок питания
В ходе данной работы был разработан измерительный преобразователь ток-напряжение по всем параметрам отвечающий требованиям технического задания а также разработаны частотомер и блок питания. В ходе работы не учитывалась экономическая часть поэтому стоимость прибора может оказаться неоправданно большой.
В частотомере были использованы микросхемы на комплементарных МОП-транзисторах что уменьшило его энергопотребление и быстродействие.
Все микросхемы используемые в работе подобраны таким образом что достаточное напряжение питания Uпит = ±5В. Это существенно упростило проектирование блока питания снизило потребляемую мощность а также позволило уменьшить габариты прибора.
Список использованных источников
Гусев В.Г. Мулик А.В. «Проектирование электронных аналоговых измерительных устройств» (Уфа УГАТУ 1996).
Гусев В.Г. Гусев Ю.М. «Электроника» (М. «Высшая школа» 1991).
Гутников В.С. «Интегральная электроника в измерительных устройствах» (Л. «Энергия» 1980).
Достал И. «Операционные усилители» 1982.
Шило В.Л. Популярные микросхемы КМОП: Справочник. – М.: «Горячая линия – Телеком» 2001.
Хоровиц П. Хилл У. «Искусство схемотехники» 2010.
Четвертков И.И. Резисторы: справочник 1991.
Якубовский С.В. Никельсон Л.И. и др. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. – М. Радио связь 1989.

обложка.doc

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра Информационно-Измерительной Техники
Проектирование электронного устройства
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника»
(обозначение документа)

Спецификация 2.cdw

Спецификация 3.cdw

Спецификация 1.cdw

Измерительный усилитель
Пояснительная записка
Схема принципиальная

Курсовая_работа1.doc

Проектирование измерительного устройства
Расчет логической части
Проектирование цифрового частотомера
Проектирование блока питания
Спроектировать электронное устройство в состав которого входит измерительный усилитель напряжения выходной сигнал которого подключается к одному из двух выходов устройства; устройство для измерения частоты сигнала усиливаемого усилителем; а также вторичный источник напряжения их питания. Коммутация выхода осуществляется электронным переключателем управляемым от логического блока. Если выполняется заданное логическое уравнение то выход усилителя подключается к выходу 1. Если оно не выполняется то к выходу 2. Сигналы управляющие логическим блоком имеют значения a b c d. Электронное устройство питается от промышленной сети U=220В10% 50 Гц.
Параметры усилителя:
Максимальное входное напряжение мкВ
Входное сопротивление в полосе рабочих частот*100 кОм
Погрешность входного сопротивления не более %
Коэффициент усиления по напряжению Ku
Диапазон выходных напряжений усилителя В
Нижняя граница диапазона частот усилителя Гц
Верхняя граница диапазона частот усилителя Гц
Максимальное выходное напряжение В
Погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот не более %
Максимально допустимое выходное сопротивление усилителя Ом
Приведенный температурный дрейф нуля не более *10мквград
Минимальное сопротивление нагрузки *10кОм
Рабочий диапазон температур °C
Разрядность цифрового индикатора частоты
Время индикации частоты с
Логическое уравнение
Уровни напряжений abcd В
Операционный усилитель (ОУ) - это усилитель электрических сигналов предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью.
Проектируемый усилитель имеет непосредственные связи и строится на базе интегральных ОУ. Особенностью проектирования аналоговых электронных устройств является то что одинаково правомерны различные подходы и разная последовательность проведения операций расчета. При этом требуемые характеристики могут быть получены при использовании различных структурных схем а также при других параметрах элементов в идентичных схемах.
Основной тенденцией в проектировании современных электронных устройств является широкое использование типовых электронных функциональных микроузлов - интегральных микросхем. Когда заданные в технических условиях параметры и характеристики невозможно обеспечить с помощью интегральных микросхем следует дополнить их схемами выполненными на дискретных компонентах. Экономически целесообразным может оказаться разработка специальных микросхем частного применения которые дадут возможность получить требуемых характеристики преобразования.
Выбор структурной схемы усилителя
Рис. 1 Структурная схема
Проектирование измерительного усилителя
Чтобы усилитель обеспечивал характеристики требуемые техническим заданием его необходимо разделить на три составные части: входной каскад который будет обеспечивать требуемые входные характеристики необходимое усиление и согласовывать с источником сигнала. Промежуточный каскад обеспечивает полосу рабочих частот он состоит из полосового фильтра который будет обеспечивать нужное усиление; выходной каскад который будет задавать требуемые выходные характеристики и согласовывать с нагрузкой.
1. Проектирование входной части усилителя
В качестве операционного усилителя используется микросхема OP37 .
Параметры этой микросхемы представлены в приложении В.
Для расчета входной части возьмем схему не инвертирующего включения операционного усилителя представленную на рисунке 2 так как она позволяет получить значение входного сопротивления с погрешностью не выше заданной обеспечивает достаточную точность и стабильность коэффициента усиления.
Сравнивая амплитуду входного сигнала с напряжением смещения ОУ следует что напряжение смещения незначительно влияет на входной сигнал.
Входное сопротивление схемы определяется резистором R1 следовательно R1 должно равняться 200 кОм используя номинальный ряд Е192 получим R1=200 кОм.
Рис. 2 Входной каскад
Примем R3= 103 кОм R2= 412 кОм для того что бы получить коэффициент усиления равный 5 – из ряда Е192.
Так как усилитель не инвертирующий то коэффициент усиления равен
Используем ЛАЧХ усилителя из приложения В для оценки коэффициента усиления на граничных частотах.
Рис. 3 ЛАЧХ усилителя
Kyu(20000) = 39811 = 92 дБ
Kyu(80) = 794328 = 118 дБ
Оценим погрешность KU входной части в рабочем диапазоне частот.
K1(80) = 499996; K1(20000) = 499925;.
2. Проектирование выходной части усилителя
Рис. 4 Выходной каскад
Согласно техническому заданию выходное напряжение должно быть не более 85 В. Данный параметры обеспечивает операционный усилитель OP37 с питающим напряжением 15 В.
Возьмем R11=187 кОм R10=11 кОм – из ряда Е192
Из таблицы номиналов E192 возьмем R12=104 кОм
Рис. 5 ЛАЧХ усилителя
K4(80) = -1699961; K4(20000) = -169923;.
3. Проектирование промежуточной части.
Рис. 6 Промежуточная часть
Промежуточная часть состоит из одного активного полосно-пропускающего фильтра с полосой пропускания 80..20000 Гц и двух усилителях построенных на микросхеме OP37.
примем R4=2 кОм тогда из таблицы номиналов возьмем С1=01 мкФ – из ряда Е192.
примем R5= 100 кОм тогда из таблицы номиналов возьмем С2=796 пФ – из ряда Е192.
K2(80) = -499968; K2(20000) = -49936;.
Из таблицы номиналов E192 возьмем R6=196 кОм
K3(80) = -499968; K3(20000) = -49936;.
Из таблицы номиналов E192 возьмем R9=196 кОм
Максимальная погрешность коэффициента усиления напряжения в рабочем диапазоне частот не более 4% то есть техническое требование выполняется
Логическая часть должна обеспечить коммутацию измерительного усилителя напряжение с входом 1 если выполняется логическое уравнение если оно не выполняется то со входом 2.
Логическая часть состоит:
)Делителей напряжения
1 Расчет логического блока
Логический блок данного прибора решает логическое уравнение вида:
Преобразуем данную функцию.
Составляем схему логического блока который будет решать это уравнение.
Рис. 7 Логический блок
Составим таблицу истинности данного логического блока:
Таким образом в двенадцати случаях из 16 возможных на выходе логического блока получается сигнал 1 во всех остальных случаях на выходе будет низкий уровень. Сигналы на входах имеют потенциал 0 В и 20 В. Цифровую часть можно построить на ЛЭ семейства ТТЛ для используемых серий микросхем данного семейства низкий уровень имеет напряжение не более 04 В а высокий - более 24 В. На каждый вход логического блока ставим делитель напряжения для того чтобы получить на входе напряжение 24 В.
По справочнику подбираем микросхемы подходящей серии. В качестве элемента И-НЕ используется 8 элементов И-НЕ микросхемы К155ЛА3.
Характеристики микросхемы К155ЛА3:
U0вых = не более 04 В
U1вых = не менее 24 В
I0вх = не более -16 мА
I1вх = не более 004 мА
t01зд.р. = не более 22 нс
t10зд.р. = не более 15 нс
I1пот = не более 8 мА
I0пот = не более 12 мА
2. Расчет делителя напряжения
Нужно спроектировать делитель напряжения для сигналов abcd. Уровни логической единицы этих сигналов 20 В.
Для правильной работы микросхем К155ЛА3 использованных в логическом блоке нам надо иметь напряжения U = 24 В или более (но не более 5 В).
Рис. 8 Делитель напряжения
На вход подаётся напряжение Uвх= 20 В то напряжение на выходе будет сниматься с резистора R19 и будет равно Uвых= 5 В;
Возьмём общее сопротивление резисторов равным 100 кОм (R18 + R19 =100 кОм) тогда ток протекающий через все сопротивления при входном напряжении будет равен:
Падение напряжения на резисторе R19 равно U2 = 5 В тогда падение напряжения на резисторе R18 равно U1 = 20-5 = 15В
Исходя из падений напряжений на каждом резисторе найдём номиналы этих резисторов:
Выберем номинал резистора R18 = R20 = R22 = R24 из ряда Е192 номинал: 75 кОм;
Выберем номинал резистора R19 = R21 = R23 = R25 19 из ряда Е192 номинал: 249 кОм;
Подобный делитель следует поставить для всех сигналов abcd.
3. Электронный аналоговый ключ
Электронный аналоговый ключ широко используется в электронике для осуществления передачи аналоговой информации от одного блока к другому. Исходя из параметров разрабатываемого прибора применяем микросхему аналогового ключа КР590КН9 который имеет следующие характеристики: tвкл.=500нс;
На рисунке представлены схемное обозначение и упрощенная физическая модель микросхемы КР590КН9.
Пока на вход Uупр подается сигнал низкого уровня КМОП-транзистор закрыт сопротивление канала высокое при подачи на вход напряжение высокого уровня то транзистор открывается сопротивление понижается и ток утечки течет через него.
На входы 4 и 5 подаются входные аналоговые сигналы которые снимаются с выходов 3 и 6 соответственно. На входы 10 и 15 подаются сигналы управления ключами. К выводам 11 и 13 подводятся напряжения питания ±15 В соответственно. Вывод 14 подключается к общему приводу схемы прибора.
Схема включения ключа:
Рис. 10 Включение коммутатора
В качестве элемента И-НЕ используем один элемент с микросхемы К155ЛА3.
Необходимо разработать частотомер измеряющий частоту в полосе заданных частот (80 20000 Гц).
В настоящее время наибольшее распространение получил электронный частотомер. Он основан на подсчете числа импульсов измеряемого сигнала.
Данный частотомер может работать в режиме счетчика импульсов. Он позволяет измерять частоту импульсных сигналов время измерения 1с. время индикации 7 с.
Рис. 11 Цифровой частотомер.
)Преобразователь формы сигнала
Рис. 12 Преобразователь формы сигнала
Усилитель-ограничитель предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Операционный усилитель К140УД22 с включенными в цепь обратной связи диодом и стабилитроном. Диод КД522А убирает отрицательную полуволну а стабилитрон Д809 ограничивает положительную R15=249 кОм. Сопротивление R15 поставлено в качестве дополнительной нагрузки операционного усилителя для предотвращения его перегорания так как параллельное соединение диода и стабилитрона может не обеспечить рабочей нагрузки операционного усилителя. DD7.1 - это элемент микросхемы К561ТЛ1 с передаточной характеристикой триггера Шмитта преобразует сигнал в прямоугольные импульсы используется в качестве порогового устройства реагирующего на определенный уровень входного сигнала вне зависимости от скорости его изменения. На выходе преобразователя формы сигнала подключен инвертор для обострения фронтов импульсов.
Рис. 13 Временные диаграммы.
На рисунке 13 представлены сигналы на входе после усилителя и после триггера Шмитта.
) Генератор образцовой частоты - генератор высокочастотных импульсов (1МГц) с высокой стабильностью частоты. Выполнен на кварцевом резонаторе. Генератор высокочастотных импульсов представлен на рисунке
Рис. 14 Генератор образцовой частоты.
Шесть каскадов делителей частоты на 10 (микросхема К176ИЕ2) обеспечат деление частоты 1 МГц которая поступает с генератора образцовой частоты до 1 Гц которая будет поступать на схему управления.
Рис. 15 Делитель частоты
) Схема управления реализована на микросхеме К155ИЕ5 которая состоит из двух частей: один триггер (одноразрядный счетчик) со входом С1 и выходом 0 Q и три триггера (трехразрядный счетчик) со входом С2 и выходами 1 Q 2 Q 3 Q). Оба счетчика двоичные первый из них считает до двух а второй до 8. При объединении выхода 0 Q микросхемы со входом С2 получается 4-х разрядный двоичный счетчик считающий до 16. Счет производится по отрицательному фронту входного сигнала С1 и С2. Сбрасывается счетчик в нуль по сигналам 1 R и 2 R объединенным по функции И. При объединении счетчиков для увеличения разрядности (каскадировании) необходимо выход 3 Q предыдущего счетчика (выдающего более младшие разряды) соединить со входом С1 следующего счетчика (выдающего более старшие разряды).
Рис. 16 Схема управления
) Схема индикации состоит из дешифратора (К176ИЕ4) и индикатора (АЛС324Б)
В частотомере используется 5 таких микросхем т.к. разрядность цифрового индикатора частоты равна 5.
Рис. 17 Дешифратор и индикатор
) Схема сброса предназначена для подачи на вход R кратковременных импульсов для обнуления счетчика и сброса индикатора. Время разряда конденсатора t должно быть гораздо меньше по сравнению с величиной = 5×10-5 с. Зададим t = 2×10-6 с и R = 2 кОм. Так как t = R×C тогда С = 1 нФ. На выходе R-C цепочки установлен триггер Шмита для обострения фронтов.
Рис. 18 Схема сброса
Блок питания питается от промышленной сети (220В 50 Гц) и обеспечивает соответствующими напряжениями питания все блоки устройства ( +5В +9В +15В -15В ). Ниже приведена таблица энергопотребления всех используемых блоков.
Напряжение питания В
Для 5В: I потр. = 28253мА Р = 141265 мВт; для 15В: I потр. = 343 мА Р = 5145 мВт; для 9В: I потр. = 0028 мА Р = 0252 мВт
Исходя из этих параметров выберем трансформатор ТПП201 ШЛ 12×16; 127220–50 мощностью 2 Вт×А с номинальным током во вторичных обмотках 04 A. На рис. 14 представлена структурная схема броневого трансформатора рассчитанная на подключение к сети напряжением 220 В. Это напряжение подается на выводы 2 и 9.
Рисунок 19 - трансформатор
В качестве выпрямителя будем использовать диодный мост КД208А.
Для стабилизации напряжений питания использованы следующие элементы:
Uпит1 = +15 В – микросхема К142ЕН8В;
Uпит2 = –15 В – микросхема К142ЕН8В;
Uпит3 = +9 В – микросхема К142ЕН8А;
Uпит4 = +5 В – микросхема К142ЕН5А;
Номиналы конденсаторов C4=C5=C6=C7 задаются по 10 мкФ а конденсаторов C8=C9=C10=C11 по 01 мкФ.
Схема блока питания представлена на рисунке 20.
FU1 - Предохранитель ADAGIO 12460 A.
Рисунок 20 – блок питания
В.Г. Гусев Ю.М. Гусев «Электроника и микропроцессорная техника» Москва 2004г.
В.Г. Гусев А.В. Мулик «Аналоговые измерительные устройства» Уфа 1996г.
А.В.Перебаскин «Интегральные схемы: Операционные усилители. Том1.» М.:1993г.
Н.Н Акимов Е.П. Ващуков «Резисторы. Конденсаторы. Трансформаторы. Дроссели. Коммутационные устройства РЭА» Минск 1994г.
0УД22 - операционный усилитель с хорошо согласованной парой полевых транзисторов на входе внутренней частотной коррекцией и высокой скоростью нарастания выходного напряжения. Корпус К140УД22 типа 301.8-2 К140УД2201 - типа 3101.8-1 КР140УД22 - типа 2101.8-1.
Электрическая схема
Типовые рабочие характеристики
Электрические параметры при Uп= 15 В Rн= 2к Т=25 ° C
Напряжение питания 15 В 10%
Максимальное выходное напряжениене менее 110 В
Напряжение смещения нуляне более 10 мВ
Входной токне более 02 нА
Ток потребленияне более 10 мА
Разность входных токовне более 005 нА
Коэффициент усиления напряженияне менее 50000
Коэффициент ослабления синфазных входных напряженийне менее 80 дБ
Синфазное входное напряжениене менее 10 В
Коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещенияне менее 80 дБ
Скорость нарастания выходного напряженияне менее 75 Вмкс
Предельно допустимые режимы эксплуатации
Напряжение питания (135 165) В
Входное синфазное напряжениене более 10 В
Входное дифференциальное напряжениене более 20 В
Сопротивление нагрузкине менее 2 кОм
Температура окружающей среды-10 +70 ° C
Микросхема представляет собой четыре логических элемента 2И-НЕ. Корпус К155ЛА3 типа 201.14-1 масса не более 1 г и у КМ155ЛА3 типа 201.14-8 масса не более 22 г.
Условное графическое обозначение
459101213 - входы X1-
- напряжение питания;
Электрические параметры
Номинальное напряжение питания5 В 5 %
Выходное напряжение низкого уровняне более 04 В
Выходное напряжение высокого уровняне менее 24 В
Напряжение на антизвонном диодене менее -15 В
Входной ток низкого уровняне более -16 мА
Входной ток высокого уровняне более 004 мА
Входной пробивной токне более 1 мА
Ток короткого замыкания-18 -55 мА
Ток потребления при низком уровне выходного напряженияне более 22 мА
Ток потребления при высоком уровне выходного напряженияне более 8 мА
Потребляемая статическая мощность на один логический элементне более 197 мВт
Время задержки распространения при включениине более 15 нс
Время задержки распространения при выключениине более 22 нс
Микросхема представляет собой три логических элемента 3И-НЕ. Корпус К155ЛА4 типа 201.14-1 масса не более 1 г и у КМ155ЛА4 типа 201.14-8 масса не более 22 г.
Условное графическое обозначение:
1334591011 - входы X1-
- напряжение питания;
Электрические параметры:
Номинальное напряжение питания
Выходное напряжение низкого уровня
Выходное напряжение высокого уровня
Напряжение на антизвонном диоде
Входной ток низкого уровня
Входной ток высокого уровня
Входной пробивной ток
Ток короткого замыкания
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения
Потребляемая статическая мощность на один логический элемент
Время задержки распространения при включении
Время задержки распространения при выключении
Микросхемы представляет собой двоичный счетчик. Каждая ИС состоит из четырех JK-триггеровобразуя счетчик делитель на 2 и 8. Установочные входы обеспечивают прекращение счета и одновременно возвращают все триггеры в состояние низкого уровня (на входы R0(1) и R0(2) подается высокий уровень). Выход Q1 не соединен с последующими триггерами. Если ИС используется как четырехразрядный двоичный счетчик то счетные импульсы подаются на С1 а если как трехразрядный - то на вход С2. Корпус К155ИЕ5 типа 201.14-1 КМ155ИД5 типа 201.14-8.
- вход установки 0 R0(1); 3 - вход установки 0 R0(2);
713 - свободные; 5 - напряжение питания +Uп;
- общий; 11 - выход
- выход 14 - вход счетный
Функциональная схема:
Выходное напряжение низкого уровня при Uп=475 В
Выходное напряжение высокого уровня при Uп=475 В
Напряжение на антизвонном диоде при Uп=475 В
Входной ток низкого уровня по входам установки в 0 при Uп=525 В
Входной ток низкого уровня по счетным входам С1 и С2 при Uп=525 В
Входной ток высокого уровня по входам установки в 0 при Uп=525 В
Входной ток высокого уровня по счетным входам С1 и С2 при Uп=525 В
Ток входного пробивного напряжения по входам установки в 0 и счетным входам С1 и С2
Время задержки распространения при включении по счетному входу С1 при Uп=5 В
Время задержки распространения при выключении по счетному входу С1 при Uп=5 В
Ток короткого замыкания приUп=525 В
Предельно допустимые режимы эксплуатации:
Минимальное напряжение на входе
Максимальное напряжение на входе
Минимальное напряжение на выходе
Максимальное напряжение на выходе закрытой ИС
Температура окружающей среды

Принципиальная схема1.cdw

Обозначение на чертеже
Электронное устройство.
Схема принципиальная

3 лабы Гулина.docx

Техническое задание.3
Промежуточная часть.10
Проектирование частотомера.17
Электронный аналоговый ключ22
Список использованной литературы28
Техническое задание.
Задание на курсовое проектирование по электронике и МПТ.
Разработать измерительный усилитель с блоком питания и устройством измерения частоты входного сигнала. Необходимо предусмотреть управление от внешнего устройства ( в соответствии с логическим уравнением)по которому выход усилителя будет переключаться между двумя независимыми приемниками сигнала (нагрузками). Необходимо разработать структурную схему устройства принципиальную печатную и монтажные схемы. Технические условия приведены ниже.
Максимальное входное напряжение мВ
Входное сопротивление в полосе рабочих частот кОм
Погрешность входного сопротивления не более %
Нижняя граница диапазона частот усилителя Гц
Верхняя граница диапазона частот усилителя Гц
Максимальное выходное напряжение В
Погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот на не более %
Приведенный температурный дрейф нуля не более *10 мкВград
Минимальное сопротивление нагрузки кОм
Рабочий диапазон температур ºС
Разрядность цифрового индикатора частоты
Время индикации частоты с
Логическое уравнение
Уровни напряжений a b c d В
Особенностью проектирования аналоговых электронных устройств является то что одинаково правомерны различные подходы и различная последовательность проведения операций расчета. При этом требуемые характеристики могут быть получены при использовании различных структурных схем а также при других параметрах элементов используемых в идентичных схемах. Такая многовариантность является следствием того что формальная оптимизация параметров элементов и схем представляет собой чрезвычайно сложную задачу имеющую однозначное решение только в простейших случаях. Поэтому при выборе определенного варианта построения электронного устройства приходится в основном качественно оценивать ряд показателей плохо поддающихся качественной формализации.
Основной тенденцией в проектировании современных электронных устройств является как можно более широкое использование типовых электронных функциональных микроузлов – интегральных микросхем. И только в случаях когда заданные в технических условиях параметры и характеристики невозможно обеспечить с помощью интегральных микросхем следует дополнить их схемами выполненных на дискретных компонентах. При достаточно большом объеме выпуска и наличии соответствующих технологий может оказаться экономически целесообразным разработать специальные микросхемы частного применения которые дадут возможность получить требуемые характеристики преобразования.
Проектируемый прибор состоит из 5 основных частей:
-Измерительное устройство состоящее из:
входной части которая обеспечивает требуемые значения входных параметров устройства служит для согласования источника сигнала внесение минимальных искажений в измеряемый сигнал;
выходной части которая обеспечивает требуемые значения выходных параметров устройства служит для согласования с нагрузкой обеспечение необходимого напряжения тока мощности;
промежуточной части которая обеспечивает требуемое значение коэффициента усиления по напряжению и отсечку частот не входящих в заданный рабочий диапазон частот;
фильтров которые предназначенные для устранения помех: выделение необходимых диапазонов сигналов;
-Логический блок решает логическое уравнение на основе входных сигналов abcd результатом этого решения является 1 или 0.
-Частотомер преобразует аналоговый сигнал в цифровой
измеряет частоту входного сигнала осуществляет индикацию измерений;
-блок питания служит для формирования клеммовых напряжений.
-Устройство управления электронный аналоговый ключ переключает сигнал на выход 1 или выход 2 в зависимости от состояния выхода логического блока: если сигнал выхода логического блока равен 1 то электронный ключ переключает выходной сигнал на выход 1 если равен 0 – на выход 2
Рис.1. Структурная схема
При проектировании входной части необходимо учесть что разрабатываемое устройство должно иметь входное сопротивление имеющее значение Rвх 15 кОм и погрешность изменения входного сопротивления ΔRвх=5 %.
Входной каскад выполняем на основе операционного усилителя включенного по неинвертирующей схеме с коэффициентом усиления равным 1.
Рис.2. Входная часть
Коэффициент усиления равный 1 примем для согласования источника напряжения и входным сопротивлением усилителя.
В качестве микросхемы DA1 выбираем микросхему интегрированного электронного усилителя имеющего малые входные токи малую их разность малую входную емкость и низкий уровень шумов- K140УД26AM. Параметры приведены в приложении.
Используя АЧХ для выбранной микросхемы определим значения коэффициентов усиления на граничных частотах заданного рабочего диапазона. ЛАЧХ приведена на рис. 3.
Рис.3. ЛАЧХ микросхемы К140УД26AM
Для нижней частоты: f = 400 Гц: К (400) = 97 Дб = 7079457844;
Для верхней частоты: f = 15000 Гц: К(15000) = 62Дб = 125892541;
Рис.4. эквивалентная схема замещения усилителя
Так как а Кu=1 то R1=R2. Выберем номиналы резисторов из номинального ряда Е192: R1=R2=1 кОм R3=1MОм R4=6MОм
Рассчитаем глубину обратной связи и коэффициент передачи:
Коэффициент усиления на граничных частотах определяется выражениями:
Рассчитаем входное сопротивление на граничных частотах и вычислим его погрешность в зависимости от частоты:
Найдем коэффициент частотного искажения:
Промежуточная часть.
Промежуточная часть проектируемого устройства состоит из усилительного каскада выполненного на операционных усилителях К140УД26полосно-пропускающего фильтра.Полосно-пропускающий фильтр включаем на входе промежуточной части чтобы уменьшить приведенный ко входу дрейф нуля.
Рис.5 промежуточная часть
Промежуточная часть состоит из одного активного полосно-пропускающего фильтра с полосой пропускания 400..15000 Гц и трех усилителях построенных на микросхеме К140УД26.
примем R5=520Ом тогда из таблицы номиналов возьмем С1=1561 нФ – из ряда Е192.
примем R6= 2кОм тогда из таблицы номиналов возьмем С2=5 нФ – из ряда Е192.
Коэффициент усиления по напряжению промежуточной части равен:
Рассчитаем параметры каждого операционного усилителя.
Зададим коэффициент усиления
Из таблицы номиналов E192 возьмем R7=2 кОм R8=24кОм R9=R7R8=186666 по ряду Е192 примем R9=187 кОм
Из таблицы номиналов E192 возьмем R10=2кОм R11=39кОм R12=R10R11=19927007 поряду Е192 примем R12=2 кОм
Из таблицы номиналов E192 возьмем R13=2кОм R14=106кОм R15=R13R14=19927007 поряду Е192 примем R15=2 кОм
Коэффициент частотного искажения для всей промежуточной части:
Выходную часть устройства будем проектировать на основе операционного усилителя выполненного на основе микросхемы К140УД26
Рис.6. Выходная часть
Рис.7 ЛАЧХ операционного усилителя
Выберем номиналы резисторовизноминальногорядаЕ192:R16=1кОмR17=6кОм R18=1 MOм R19=1Мом
Рассчитаем глубину обратной связи и коэффициент передачи
Рассчитаем выходное сопротивление на граничных частотах и вычислим его погрешность в зависимости от частоты:
Погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот:
Логический блок данного прибора решает логическое уравнение вида:
f= a*(b*с+d) и в зависимости от результата решения коммутирует выход усилителя на два различных выхода.
Составляем схему логического блока который будет решать это уравнение:
В схемном решении применим элементы ТТЛ. Так как для используемых серий микросхем данного семейства низкий уровень имеет напряжение не более 04 В а высокий – не более 25 В а входное напряжение единичного сигнала составляет 20В то на каждый вход логического блока ставим делитель напряжения для того чтобы получить на входе напряжение 24 В.
В качестве элементов И используется К155ЛИ1;
элемента ИЛИ на основе К155ЛЛ1.
Для всех микросхем необходимо напряжение питание равное +5 В.
Схема делителя напряжения:
Рис.9 Схема делителя напряжения
На вход подаётся напряжение Uвх= 30 В то напряжение на выходе будет сниматься с резистора R22 и будет равно Uвых= 5 В;
Возьмём общее сопротивление резисторов равным 500 кОм (R1+R2=500 кОм) тогда ток протекающий через все сопротивления при входном напряжении будет равен:
Падение напряжения на резисторе R22 равно U2 = 5 В тогда падение напряжения на резисторе R1 равно U1 = 30-5 = 25 В
Исходя из падений напряжений на каждом резисторе найдём номиналы этих резисторов:
Выберем номинал резистора R21 из ряда Е192 параметры которого:
номинал: 417 кОм ±025%.
Выберем номинал резистора R22 из ряда Е192 параметры которого:
номинал: 100 кОм ±025%.
Подобный делитель следует поставить для всех сигналов abcd
Проектирование частотомера.
В настоящее время наибольшее распространение получил электронный частотомер. Он основан на подсчете числа импульсов измеряемого сигнала.
Данный частотомер может работать в режиме счетчика импульсов. Он позволяет измерять частоту импульсных сигналов время измерения 1с. время индикации 4 с.
Рис.10. Цифровой частотомер
Преобразователь формы сигнала можно организовать на основе триггера Шмита (К555ТЛ1). Триггер Шмитта работает с сигналом только положительной полярности и поэтому перед микросхемой триггера Шмита ставим ограничитель который будет отсекать отрицательный полупериод
( используемый пассивный ограничитель (R20=520 Ом VD1(Д229А)))
Рис.11. Преобразователь формы сигнала
Генератор образцовой частоты представлен на рис.12 Генератор прямоугольных сигналов частотой 1 Гц. Основан на микросхеме CD4033E. (содержащей кварцевый генератор с внешним резонатором РКТ 206 на 32678Гц и подключенным к нему девятиразрядным делителем частоты и шестиразрядный делитель частоты. Схема включения микросхемы приведена на рис. 12.
Рис.12. Генератор образцовой частоты
) К выводам Z и Z подключаются кварцевый резонатор резисторы и конденсаторы и . Сигнал с частотой 32678 Гц поступает на вход девятиразрядного двоичного делителя частоты. С его выхода 9 сигнал с частотой 32 Гц может быть подан на вход 10 шестиразрядного делителя тогда на выходе 4 пятого разряда этого делителя формируется частота 1 Гц на выходе 5 шестого разряда – 05 Гц. Конденсаторы и служат для точной установки частоты кварцевого генератора. Ёмкость первого из них может находиться в пределах от 1 до 100 пикофарад ёмкость второго - 30 100 пФ. При увеличении ёмкости конденсаторов частота генерации уменьшается. Установим . Сопротивление резистора может находиться в пределах однако при его значении менее 10 МОм возбуждаются не все кварцевые резонаторы поэтому сопротивление резистора выбираем равным а сопротивление
Cхема управления циклом измерений выполняет функцию сброса счета и индикации(реализована с помощью счетчика К555ИЕ5) логических элементов и триггера Шмита (К555ТЛ1)). Цикл работы частотомера будет состоять из времени счета индикации и сброса.
Рис.13. Схема управления
) Схема управления реализована на микросхеме К555ИЕ 5
состоит из двух частей: один триггер (одноразрядный счетчик) со входом С1 и выходом 0 Q и три триггера (трехразрядный счетчик) со входом С2 и выходами 1 Q 2 Q 3 Q). Оба счетчика двоичные первый из них считает до двух а второй до 8. При объединении выхода 0 Q микросхемы со входом С2 получается 4-х разрядный двоичный счетчик считающий до 16. Счет производится по отрицательному фронту входного сигнала С1 и С2. Сбрасывается счетчик в нуль по сигналам 1 R и 2 R объединенным по функции И. При объединении счетчиков для увеличения разрядности (каскадировании) необходимо выход 3 Q предыдущего счетчика (выдающего более младшие разряды) соединить со входом С1 следующего счетчика (выдающего более старшие разряды).
Дешифратор (СD4062E) считает прошедшие на счетный вход импульсы дешифрует и индицирует на семисегментном индикаторе(АЛС348А) на светоизлучающих полупроводниковых диодах. Так как в задании указана разрядность цифрового индикатора частоты равная 5 то в схеме частотамера будет стоять последовательно 5 индикаторов представленных на рисунке 14.
Рис. 14. Счетчик дешифратор индикатор схема включения
) RC-цепь. Цепь сброса предназначена для подачи на вход R СДИ кратковременных импульсов для обнуления счетчика и сброса индикатора. Время разряда конденсатора должно быть гораздо меньше по сравнению с величиной 1fв = 113000=0000077с. Зададим = 0000001с так как =R31C5 из стандартного ряда Е24 R31 возьмем 100 кОм С5=1 нФ.
Электронный аналоговый ключ
Электронные аналоговые ключи широко используются в электронике для осуществления передачи аналоговой информации от одного блока к другим.
Основными параметрами ключа являются
Iком- коммутирующий ток т.е. ток протекающий по открытому каналу ключа;
Uком – коммутируемое напряжение т.е. максимально допустимое напряжение прикладываемое между входом и выходом аналогового ключа;
Rотк – сопротивление ключа в открытом состоянии;
tвкл – время переключения ключа.
Исходя из параметров разрабатываемого прибора применим микросхему аналогового ключа КР590КН9. Характеристики аналогового ключа КР590КН9 приведены в приложении
Рис.16. Физическая модель
Рис.17. Условное обозначение
Рис.18. Структурная схема
На рисунке 18 представлена упрощенная физическая модель микросхемы КР590КН9. Пока на вход Uупр подается сигнал низкого уровня КМОП-транзистор находится в закрытом состоянии сопротивление канала высокое. Если подать на вход Uупр высокий уровень напряжения то транзистор открывается сопротивление Rотк понизится и ток утечки потечет через него.
Блок питания питается от промышленной сети (220В 50 Гц) и обеспечивает соответствующими напряжениями питания все блоки устройства ( +5В +9В +15В -15В ). Ниже приведена таблица энергопотребления всех используемых
Напряжение питания В
Для 5В: I потр. = 28253мА Р = 141265 мВт; для 15В: I потр. = 343 мА Р = 5145 мВт; для 9В: I потр. = 0028 мА Р = 0252 мВт
Исходя из этих параметров выберем трансформатор ТПП226 Ш 12×25; 127220–50 мощностью 31 ВтА напряжением вторичных обмоток 20 В 20 В и 4 В с номинальным током во вторичных обмотках 04 A. На рис. 19
представлена структурная схема броневого трансформатора рассчитанная на подключение к сети напряженем 220 В. Это напряжение подается на выводы 2 и 9.
Рисунок 19 - трансформатор
В качестве выпрямителя будем использовать диодный мост КД208А.
Для стабилизации напряжений питания использованы следующие элементы:
Uпит1 = +15 В – микросхема К142ЕН8В;
Uпит2 = –15 В – микросхема К142ЕН8В;
Uпит3 = +9 В – микросхема К142ЕН8А;
Uпит4 = +5 В – микросхема К142ЕН5А;
Номиналы конденсаторов выберем из ряда Е24 C6=C7=C8=C9 задаются по 10 мкФ а конденсаторов C10=C11=C12=C13 по 01 мкФ.
Схема блока питания представлена на рисунке 20.
FU1 - Предохранитель ADAGIO 12460 A.
Рис.20 Схема блока питания
В данном проекте было разработано электронное устройство измерительный усилитель с частотомером.
Усилитель и электронный фильтр были реализован на операционных усилителях К140УД26 .
Блок частотомера реализован на двоично-десятичных счетчиках CD4026B оптимизированных для работы с цифровыми семисегментными индикаторами. За счет этого было достигнуто существенное упрощение схемы частотомера и общее удешевление электронного устройства.
Устройство питается сетевого блока питания максимальной мощностью 5 Вт имеющего практически двукратный запас по мощности.
Все используемые детали полностью отвечают по техническим требованиям и условиям эксплуатации параметрам быстродействия энергопотребления и величинам погрешностей. Устройство предназначено для работы в коммерческом диапазоне температур. Номиналы используемых дискретных элементов полностью соответствуют номинальному ряду.
Список использованной литературы
Гусев В.Г. Мулик А.В. “Аналоговые измерительные устройства: учебное пособие” (Уфа УГАТУ 1996).
Гусев В.Г. Гусев Ю.М. “Электроника” (М. “Высшая школа” 1991).
Аксенов А.И. Нефедов А.В. “Cправочник Резисторы конденсаторы провода припои флюсы.” (М. “Солон-р” 2000).
Перебаскин А.В. Бахметьев А.А. “Интегральные микросхемы: “Операционные усилители” (Том 1. – М.: Физмалит 1993).
Шило В.Л. “Популярные микросхемы КМОП” (М. Горячая Линия-Телеком 2001)
Операционные усилители и компараторы. – М.: Издательский дом «Додэка-ХХI» 2002.
Богданович М.И. Грель И.Н. и др. “Цифровые интегральные микросхемы” – Мн.: Беларусь Полымя. 1996.
Сидоров И.Н. и др. “Малогабаритные трансформаторы и дроссели: Справочник - М.: Радио и связь 1985.
К140УД26 - операционный усилитель с хорошо согласованной парой полевых транзисторов на входе внутренней частотной коррекцией и высокой скоростью нарастания выходного напряжения. Корпус К140УД26 типа 301.8-2 К140УД26 - типа 3101.8-1 К140УД26 - типа 2101.8-1.
Электрическая схема
Типовые рабочие характеристики
Микросхема представляет собой четыре логических элемента 2ИЛИ. Корпус К155ЛЛ1 типа 201.14-1 масса не более 1 г и у КМ155ЛЛ1 типа 201.14-8 масса не более 22 г.
Условное графическое обозначение
- напряжение питания;
Электрические параметры
Номинальное напряжение питания
Выходное напряжение низкого уровня
Выходное напряжение высокого уровня
Входной ток низкого уровня
Входной ток высокого уровня
Входной пробивной ток
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения
Потребляемая статическая мощность на один логический элемент
Время задержки распространения при включении
Время задержки распространения при выключении
Напряжение на антизвонном диоде
Ток короткого замыкания
Потребляемая статическая мощность
Микросхема К176ИЕ5 представляет собой 15-разрядный двоичный счётчик - генератор секундных импульсов. Микросхема К176ИЕ5 была разработана специально для работы в схемах электронных часов но находит применение и в других устройствах.
К выводам 9 и 10 подключается кварцевый резонатор частотой f. Типовая частота 32768Гц (215 Гц). Возможно подключение резонатора 16384Гц или внешнего источника импульсов. На буферных выходах 11 и 12 присутствует тактовая частота f.
На выводе 1 формирется частота f28 (64Гц). При соединении выводов 1 и 2 на вход второго счётчика подается частота f28 а на его выходах формируются импульсы: вывод 4 - f214 (2Гц) вывод 5 - f215(1Гц). Вывод 3 - установка счётчика в "0".
Условное обозначение К176ИЕ5:
Назначение выводов К176ИЕ5:
Основные параметры К176ИЕ5:
Выходное напряжение "0
Выходное напряжение "1
Ток потребления (статический Uпит=5В)
Типовое время задержки
Внутренняя структура К176ИЕ5:
Типовая схема включения К176ИЕ5:
Микросхема К555ИЕ5 является четырехразрядным асинхронным двоичным счетчиком. Состоит из счетного триггера (вход С1 и выход Q0) работающего по mod2 (делящего сигнал на 2) и трех последовательно соединенных триггеров (вход С2) работающих по mod8 с асинхронной потенциальной установкой нулевого состояния значением сигнала . Функциональная схема и условное изображение счетчика К555ИЕ5 и цоколевка приведены на рисунке
Трансформатор ТПП-226-127220-50
Ток первичной обмотки: 03502 А
Таб.1. Электрические параметры трансформатора ТПП
Микросхемы стабилизаторов напряжения широкого использования
Макс.разсеи-вательная

Монтажка готовая.cdw

моя схема.cdw

Обозначение на чертеже
Измерительный усилитель
Схема принципиальная