Электронный усилитель электрического тока

Спецификация 2.cdw

Спецификация 3.cdw

Спецификация 1.cdw

стабилитроны.doc

параметров при Т=25°С
номинальное напряжение стабилизации стабилитрона;
номинальный ток стабилизации стабилитрона;
максимально-допустимая рассеиваемая мощность на стабилитроне;
напряжение стабилизации стабилитрона;
дифференциальное сопротивление стабилитрона;
температурный коэффициент стабилизации стабилитрона;
ток стабилизации стабилитрона;
максимально-допустимая температура корпуса стабилитрона;
максимально-допустимая температура перехода стабилитрона.

Монтажка моя на печать1.cdw

Принципиальная схема моя на печать.cdw

Обозначение на чертеже
Электронное устройство.
Схема принципиальная

Печатка готовая на печать1.cdw

Плату изготовить комбинированным методом
Шаг координатной сетки 2.5мм
линии сетки указаны через одну.
Конфигурацию проводников выделить по координатной сетке
Проводники покрыть сплавом Розе
Плата должна соответствовать ГОСТ 23752-79

пояснилкааааа.doc

Проектирование измерительного устройства
Расчет логической части
Проектирование цифрового частотомера
Проектирование блока питания
Спроектировать электронное устройство в состав которого входит измерительный усилитель тока выходной сигнал которого подключается к одному из двух входов; устройство для измерения частоты сигнала усиливаемого усилителем; а также вторичный источник напряжения их питания. Выбор 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:
Коэффициент усиления тока KI
Диапазон рабочих частот Гц
Максимальная погрешность коэффициента усиления тока в рабочем диапазоне частот не более %
Входное сопротивление Ом
Погрешность входного сопротивления %
Диапазон значений выходного тока усилителя Im мА
Минимально допустимое выходное сопротивление Ом
Разрядность цифрового индикатора частоты
Уровни напряжений a b c d ;B
Напряжение питания 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
Рисунок 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 140УД26.
Входное сопротивление схемы определяется резистором R0 следовательноR0 = 01 Ом. Из технического задания оценим допустимое изменение входного сопротивления:
Найдем значение сопротивления резистора R2. Для этого исходим из того что изменение коэффициента усиления в заданной полосе частот не изменяет значение больше чем на 0003Ом.
Используем ЛАЧХ усилителя для оценки коэффициента усиления на граничных частотах.
Kyu(10000) = 3623 = 75 дБ
Kyu(50) = 2238721 = 127 дБ
Возьмем схему инвертирующего усилителя. Так как R0 мало то во входной части можно поставить полосно-пропускающий фильтр.
Рисунок 2 – входной каскад
Пусть тогда выберем R1 и R2 соответственно равными 1кОм и 12кОм типа С5-61 с допуском +0005% из ряда номиналов Е192.
Возьмем R3 =920 Ом типа С5-61 с допуском +001% из ряда номиналов Е192.
Возьмем С1=32 мкФ из ряда номиналов Е192 типа К53-17 (номинальное напряжение 30 В допуск +10%).
Возьмем С2=133 нФ из ряда номиналов Е192 типа К10-44 (номинальное напряжение 250 В допустимое отклонение емкости +20%).
Оценим погрешность KU входной части в рабочем диапазоне частот.
K1(50) = -1199993032; K1(10000) = -1197185511;.
Оценим погрешность KU входной части зависящую от допуска резисторов.
Погрешность не выходит за пределы установленные в техническом задании.
2. Проектирование выходной части усилителя
Рисунок 3 – выходной каскад
В техническом задании сказано что максимальный выходной ток должен быть 15 мА и выходное сопротивление не более 10 4 Ом. Поскольку ОУ 157УД1 может обеспечить такой ток то можно на его основе спроектировать выходной каскад. Сопротивление нагрузки для операционного усилителя DA2 должно быть не менее 2 кОм.
Kyu(50) = 31623 = 90 дБ
Kyu(10000) = 7944 = 78 дБ
Пусть тогда выберем R4=12кОм (тип С5-61 допуск +0005% ) и R5=120кОм (тип С5-54В допуск +001%) из ряда номиналов Е192.
Возьмем R6=109кОм типа С5-61 с допуском +001% из ряда номиналов Е192.
Оценим погрешность KU выходной части в рабочем диапазоне частот.
K2(50) = -9996523; K2(10000) = -9986172;.
Оценим погрешность KU выходной части зависящую от допуска резисторов.
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:
Составляем схему логического блока который будет решать это уравнение на элементах И-НЕ.
Рисунок 4 – логический блок
Составим таблицу истинности данного логического блока:
Таким образом только в трех случаях из 8 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 10 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 три из четырёх 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 15 В.
Для правильной работы микросхем К155ЛА3 использованных в логическом блоке нам надо иметь напряжения U = 24 В.
Рисунок 5 – делитель напряжения
На вход подаётся напряжение Uвх= 10 В то напряжение на выходе будет сниматься с резистора R19 и будет равно Uвых= 24 В;
Возьмём общее сопротивление резисторов равным 500 кОм (R12 + R13 =500 кОм) тогда ток протекающий через все сопротивления при входном напряжении будет равен:
Падение напряжения на резисторе R13 равно U2 = 24 В тогда падение напряжения на резисторе R12 равно U1 = 10-24 = 76 В
Исходя из падений напряжений на каждом резисторе найдём номиналы этих резисторов:
Выберем R12=379 кОм (тип С5-54В допуск ±001%) из ряда Е19.
Выберем R13=120 кОм (тип С5-54В допуск ±001%).
Подобный делитель следует поставить для всех сигналов abd.
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.
Рисунок 6 – коммутатор
Пока на вход Uупр подается сигнал низкого уровня КМОП-транзистор закрыт сопротивление канала высокое при подаче на вход напряжения 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 ±15В соответственно. Вывод 14 подключается к общему приводу схемы прибора.
Схема включения ключа:
Рисунок 7 – включение коммутатора
В качестве элемента И-НЕ используем один элемент с микросхемы К155ЛА3.
Необходимо разработать частотомер измеряющий частоту в полосе заданных частот (50 10000 Гц).
Структурная схема построения цифрового частотомера:
Рисунок 8 – частотомер
Усилитель ограничитель (на временной диаграмме – F) сигналов (рис.12) предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Построен на триггере Шмитта (К561ТЛ1) ОУ140УД22 стабилитроне Д809 и диоде КД522А. R1 = 2 кОм.
Рисунок 12 – усилитель-ограничитель
Временные диаграммы формирователя представлены на рис.13 на которых представлены сигналы на входе после усилителя и после триггера Шмитта.
Рисунок 13 – временные диаграммы формирователя
Мультивибратор (M) (генератор напряжения прямоугольной формы) построенный на интегральном таймере К1006ВИ1 (рис. 9).
Рисунок 9 – мультивибратор
В этой схеме включения конденсатор С1 заряжается через резисторы R1 и R2 до напряжения а разряжается через резистор R1 до напряжения .
Длительность зарядки конденсатора t1=069×(R1+R2)×C1 а длительность разряда конденсатора t2=069×R2×C1. Так как время индикации больше времени счета то за время индикации примем t1=10 за время счета – t2=1 а на выходе мультивибратора поставим инвертор. Возьмем C1=10 мкФ. Тогда R2=145 кОм R1=1304 кОм.
Счетчик состоящий из дешифратора(К176ИЕ4) и индикатора(АЛС324Б)
В частотомере используется 5 таких микросхем т.к. разрядность цифрового индикатора частоты равна 5.
R–C – цепочка. 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
= 10-4 с. Зададим t = 2×10-5 с и R = 2 кОм. Так как t = R×C тогда С = 10 нФ.
Рисунок 10 – временные диаграммы работы частотомера
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.
Для 5В: I потр. =68мА Р = 280 мВт; для 15В: I потр. =1875 мА Р = 68625 мВт; для 9В: I потр. = 1500502 мА Р = 13518018 мВт
Исходя из этих параметров выберем трансформатор ТПП201 ШЛ 1216; 127220–50 мощностью 165 Вт×А с номинальным током во вторичных обмотках 029 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 11 - трансформатор
В качестве выпрямителя будем использовать диодный мост КД208А.
Для стабилизации напряжений питания использованы следующие элементы:
Uпит1 = +15 В – микросхема К142ЕН8;
Uпит2 = –15 В – микросхема К142ЕН11;
Uпит3 = +9 В – стабилитрон КС468А (Iстном=30 мАPma
Uпит4 = +5 В – стабилитрон Д816Д (Iстном=150 мА Pma
Определим номиналы сопротивлений R1 и R2:
Выберем R1=332 Ом (тип С5-61 допуск +005) и R2=487 Ом (тип С5-61 допуск +05) из номинального ряда Е192.
Номиналы конденсаторов C1=C2 задаются по 10 мкФ а конденсаторов C3=C4=01 мкФ.
Схема трансформатора представлена на рисунке 13.
Рисунок 12 – блок питания