Измерительный усилитель

Чертеж 1.cdw

Печатная плата1.cdw

Технические требования:
) плату изготовить методом печатного монтажа
не должен превышать 0
) зазор между резисторами - 2
) расстояние между конденсаторами и прочими элементами - 2

Чертеж принципиальный.cdw

принципиальная схема.cdw

монтажная плата18.cdw

печатная плата.cdw

Технические требования:
) плату изготовить методом печатного монтажа
не должен превышать 0
) зазор между резисторами - 2
) расстояние между конденсаторами и прочими элементами - 2

принципиальная схема18.cdw

монтажная плата.cdw

пояснительная записк.doc

1. Проектирование входной части измерительного усилителя.
На входе измерительного усилителя (ИУ) поставил преобразователь ток – напряжение так как согласно техническому заданию усиление производится по току. В качестве преобразователя применил операционный усилитель.
По техническому заданию входное сопротивление в полосе рабочих частот равно 5Ом (R = 5Ом) поэтому в качестве преобразователя применил инвертирующий операционный усилитель (ИОУ) КР1434УД1 схема которого приведена на рис.1; схема включения и технические характеристики (ТХ) приведены в приложении 4.
Принял коэффициент преобразования во входной части - К= 500 чтобы получить требуемые характеристики измерительного усилителя. Из условия К= - подобрал сопротивление R= 25 кОм где R- сопротивление нагрузки ИОУ.
По характеристикам ОУ КР1434УД1 в частности К = 1510 = 100 МГц и параметрам ТЗ: = 8000Гц = 150Гц построил ЛАЧХ и ЛФЧХ
где К - коэффициент усиления - частота единичного усиления ОУ КР1434УД1 и - верхняя и нижняя границы диапазона частот. Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ приведены в приложении 1.
По ЛАЧХ определил: К() = 1211992 ; К() = 1510 где К() и К() – коэффициенты усиления ОУ на верхней и нижней границах диапазона частот соответственно.
не попала на горизонтальную часть ЛФЧХ поэтому наблюдается фазовый сдвиг Δφ= 5.
Рассчитал U: расчет производил по формуле U= IR где I= 2мА получил значение U= 10мВ.
Так как выбранный коэффициент преобразования входной части К= 500 большой учел влияние напряжения смещения «нуля» (НС) ОУ на выходной сигнал:
где - реальное НС; - НС ОУ КР1434УД1 приведенное в технических характеристиках данного усилителя; К= К= 500.
Получил значение = 2500мВ что много больше напряжения на выходе
U= 400мВ (см. «Расчет выходной части») поэтому необходимо убрал реальное НС т.к. оно будет влиять на выходной сигнал.
Исходя из того что постоянное для его снятия использовал R-C цепочку (фильтр высоких частот) расчет фильтра приведен в пункте 3.3. (см. «Расчет ФВЧ»)
Рассчитал R: R= (1) получил R= 499 Ом.
При значении R= 6МОм рассчитал входное сопротивление Z на нижней и верхней границах диапазона частот:
Z= R+ (2) получил Z= 51666 Ом;
Z= R+ (3) получил Z= 52062 Ом.
В формулах (2) (3) К и К - коэффициенты усиления ОУ на нижней и верхней границах частот.
Рассчитал погрешности Z и Z:
= ()100% (4) получил = 333%;
= ()100% (5) получил = 4125%.
Рассчитал суммарную погрешность Z и Z: = + ; = 7455%.
В соответствии с требованиями технического задания (ТЗ) погрешность входного сопротивления не должна превышать 10%. (≤10%) Получившееся значение = 7455% 10% что удовлетворяет требованиям ТЗ.
Рассчитал глубину обратной связи (ОС):
γ = (6) получил γ = 0001996
= (7) получил = 0998
Рассчитал коэффициент частотных искажений:
М= (8) получил М=10076.
В формуле (8): (9) (10).
Полученное значение коэффициента частотных искажений М=10076 1 говорит о наличии незначительных частотных искажений.
По полученному значению коэффициента частотных искажений определил погрешность коэффициента преобразования в полосе рабочих частот:
Проектирование выходной части измерительного усилителя.
На выходе ИУ поставил преобразователь напряжение – ток. В качестве преобразователя применил операционный усилитель. По техническому заданию минимальное сопротивление нагрузки равно 20 Ом (R = 20Ом) поэтому в качестве преобразователя применил ИОУ К157УД1 так как данный усилитель способен выдержать максимальный выходной ток измерительного усилителя (I> I) где I- максимальный выходной ток операционного усилителя I- максимальный выходной ток измерительного усилителя. Схема ИОУ К157УД1 приведена на рис.2; схема включения и ТХ приведены в приложении 5.
Коэффициент преобразования в выходной части подбирал из условия К= .
С учетом того что К= 500 принял К=0002. Из условия К= - подобрал сопротивление R= 10 кОм.
По характеристикам ОУ К157УД1 в частности К = 5010 = 05 МГц и параметрам ТЗ: = 8000Гц = 150Гц построил ЛАЧХ и ЛФЧХ где К - коэффициент усиления - частота единичного усиления ОУ К157УД1 и - верхняя и нижняя границы диапазона частот. Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ приведены в приложении 2.
По ЛАЧХ определил: К( ) = 7079 ; К( ) = 562341 где К( ) и К( ) – коэффициенты усиления ОУ на верхней и нижней границах диапазона частот соответственно.
и попали на горизонтальную часть ЛФЧХ поэтому фазового сдвига не наблюдается Δφ= 0.
Рассчитал выходное напряжение ИУ. Расчет производил по формуле:
U= IR где I= 20мА R= 20Ом. Получил значение U= 400мВ.
При выбранном коэффициенте преобразования выходной части К= 0002 НС ОУ не повлияет на выходной сигнал так как = 10 мкВ а U= 400 мВ.
Рассчитал R: R= получил R= 1996 Ом.
γ = получил γ = 0998
М= получил М=100984. .
Полученное значение коэффициента частотных искажений М=100984 1 говорит о наличии незначительных частотных искажений.
После схемы по рис.2 поставил преобразователь уровня ТТЛ – КМОП 564ЛЕ6.
Проектирование промежуточной части измерительного усилителя.
В промежуточной части поставил каскадное соединение двух ИОУ КР140УД26. Таким образом с учетом каскадов ОУ входной и выходной частей в схеме ИУ получилось четное число ИОУ поэтому полярность сигнала на входе и выходе ИУ будет одинаковой. Последовательно каскаду ОУ поставил фильтр низких частот (ФНЧ) и фильтр высоких частот (ФВЧ). Включение в схему фильтров вызвано необходимостью усиления только рабочих частот приведенных в ТЗ. Включение в схему ФВЧ вызвано так же необходимостью снятия на выходе ИУ.
Схема каскада ОУ с ФНЧ и ФВЧ приведена на рис.3 где У1 и У2 – ИОУ КР140УД26.
Схема включения ОУ КР140УД26 и его ТХ приведены в приложении 6.
Усиление схемы производится по току то общий коэффициент усиления семы будет равен отношению выходного и входного токов схемы. (11)
Т.к. ИУ представляет собой многокаскадное соединение ОУ во входной промежуточной и выходной частях то (12). Из формул (11) и (12) с учетом К= получил . причем где и - коэффициенты усиления первого и второго каскадов промежуточной части.
На первый каскад подал коэффициент усиления = 5 на второй =2.
1Расчет первого каскада.
Т.к. = подобрал сопротивления . Большой номинал
сопротивления R выбрал исходя из условия предотвращения перегорания ОУ чтобы
обеспечить достаточную нагрузку ОУ.
По характеристикам ОУ КР140УД26 в частности К = 10010 = 20 МГц и параметрам ТЗ: = 8000Гц = 150Гц построил ЛАЧХ и ЛФЧХ где К - коэффициент усиления - частота единичного усиления ОУ КР140УД26 и - верхняя и нижняя границы диапазона частот. Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ приведены в приложении3.
По ЛАЧХ определил: К( ) = 2138 ; К( ) = 11410 где К( ) и К( ) – коэффициенты усиления ОУ на верхней и нижней границах диапазона частот соответственно.
При выбранном коэффициенте усиления первого каскада промежуточной части К=5 НС ОУ не повлияет на выходной сигнал поэтому в дальнейшем его не учитывал.
Рассчитал R: R= получил R= 1666 кОм.
γ = получил γ = 01666
М= получил М=100633. .
Полученное значение коэффициента частотных искажений М=100633 1 говорит о наличии незначительных частотных искажений.
По полученному значению коэффициента частотных искажений определил погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот:
2Расчет второго каскада.
При выбранном коэффициенте усиления второго каскада промежуточной части К=2 НС ОУ не повлияет на выходной сигнал поэтому в дальнейшем его не учитывал.
Рассчитал R: R= получил R= 3333 кОм.
γ = получил γ = 03333
М= получил М=100137. .
Полученное значение коэффициента частотных искажений М=100137 1 говорит о наличии незначительных частотных искажений.
Рассчитал погрешность коэффициента усиления промежуточной части ИУ:
Т.к. у первого и второго каскадов фазовые сдвиги отсутствуют то суммарный фазовый сдвиг промежуточной части равен нулю. (Δφ= 0)
Рассчитал погрешность коэффициента усиления ИУ в полосе рабочих частот:
получил = 2514%. В соответствии с требованиями ТЗ погрешность коэффициента усиления ИУ в полосе рабочих частот не должна превышать 3%. (≤3%) Получившееся значение = 2514% 3% что удовлетворяет требованиям ТЗ.
Суммарный фазовый сдвиг ИУ определил по формуле получил значение Δφ= 5. В соответствии с требованиями ТЗ суммарный фазовый сдвиг не должен превышать 100. (≤100) Получившееся значение = 5 100 что удовлетворяет требованиям ТЗ.
Согласно ТЗ нижняя граница диапазона частот = 150Гц. По формуле = получил частоту среза низких частот = 50Гц. Из формулы RC= () определил что RC= 002. Подобрал номиналы сопротивления R= 2кОм и емкости C= 10мкФ. Номинал сопротивления взял из номинального ряда сопротивлений Е192 номинал емкости из номинального ряда емкостей Е192.
Согласно ТЗ верхняя граница диапазона частот = 8000Гц. По формуле = 3 получил частоту среза низких частот = 24000Гц. Из формулы RC= () определил что RC= 416610. Подобрал номиналы сопротивления R= 2кОм и емкости C= 21нФ. Номинал сопротивления взял из номинального ряда сопротивлений Е192. Т.к. в номинальном ряду не оказалось нужной емкости то вместо конденсатора C емкостью 21нФ поставил два параллельно соединенных конденсатора с емкостями C= 20нФ и C= 1нФ. Номиналы эти конденсаторов взял из номинальных рядов емкостей Е24 и Е12.
Проектирование логического блока.
В соответствии с ТЗ управление ИУ осуществляется от внешнего устройства (в соответствии с логическим уравнением) по которому выход усилителя будет переключаться между двумя независимыми приемниками сигнала (нагрузками).
По приведенному в ТЗ логическому уравнению f = a*(b+c*d) составил логическую схему управления ИУ. Логическая схема приведена на рис.4.
В схемном решении применим элементы ТТЛ. Для решения будут использовал: 2 элемента И с 2-я входами и 1 элемент ИЛИ с 2-я входами.
В качестве элементов выбрал логические элементы:
элемента 2И К555ЛИ1;
элемента 2 ИЛИ К155ЛЛ1.
У них вывод 7-общий а 14-напряжение питания. Питаются они от источника напряжения +5 В.
Проектирование частотомера.
Структурная схема построения цифрового частотомера (рис.5):
По рис.5: УО – усилитель – ограничитель; МВ – мультивибратор; СЧ – счетчик.
1 Проектирование усилителя-ограничителя.
Усилитель-ограничитель (УО) (рис.6). предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Операционный усилитель КР140УД26 с включенными в цепь ОС диодом и стабилитроном. Диод КД522А убирает отрицательную полуволну а стабилитрон Д808 ограничивает положительную. . Сопротивление R поставлено в качестве дополнительной нагрузки ОУ для предотвращения его перегорания т.к. параллельное соединение диода и стабилитрона может не обеспечить рабочей нагрузки ОУ. Логический элемент “И” по рис.5 – это элемент микросхемы К561ТЛ1 (приложение ) с передаточной характеристикой триггера Шмитта преобразует сигнал в прямоугольные импульсы.
Временные диаграммы УО представлены на рис.7. На них представлены сигналы на входе после усилителя и после триггера Шмитта.
После схемы по рис.7 поставил преобразователь уровня ТТЛ – КМОП 564ЛЕ6.
2 Проектирование мультивибратора.
Мультивибратор предназначен для формирования импульсов длительностью 1с.
3 Проектирование счетчика.
Счетчик со встроенными дешифратором и индикатором – микросхема К490ИП1 (приложение ). В частотомере используется 3 таких микросхемы так как верхняя частота диапазона – 8000 Гц а погрешность дискретности по техническому заданию равна 2 Гц.
Технические характеристики ОУ КР1434УД1:
- коэффициент усиления К = 1510
- напряжение смещения «нуля» U мВ = 5
- частота единичного усиления МГц = 100
- напряжение питания U В = 15
- потребляемый ток I мА = 25
- допустимое значение синфазного входного напряжения U В = 5
- разностный входной ток I нА = 4000
- коэффициент ослабления синфазного сигнала К дБ = 74
Вход не инвертирующий
Технические характеристики ОУ К157УД1:
- коэффициент усиления К = 5010
- частота единичного усиления МГц = 05
- напряжение питания U В = 2х(3 20)
- потребляемый ток I мА = 9
- допустимое значение синфазного входного напряжения U В = 20
- разностный входной ток I мА = 150
- коэффициент ослабления синфазного сигнала К дБ = 70
Технические характеристики ОУ КР140УД26:
- коэффициент усиления К = 10010
- напряжение смещения «нуля» U мВ = 0025
- частота единичного усиления МГц = 20
- потребляемый ток I мА = 5
- допустимое значение синфазного входного напряжения U В = 10
- разностный входной ток I нА = 50
- коэффициент ослабления синфазного сигнала К дБ = 114

Перечень элементов.spw

1.cdw

Начало.doc

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 мкВ
Входное сопротивление в полосе рабочих частот *100кОм
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 х.х. не более %
Дополнительный фазовый сдвиг в полосе рабочих частот не более град
Приведенный температурный дрейф нуля не более *10 мкВград
Минимальное сопротивление нагрузки кОм
Дополнительная погрешность коэффициента усиления при подключении Rн min не более %
Рабочий диапазон температур ºС
Погрешность дискретности встроенного цифрового частотомера Гц
Время индикации частоты с
Логическое уравнение
Спектральное распределение входного сигнала.
Пояснительная записка А4 формат 7 дней
Принципиальная схема формат 7 дней
Печатная схема А4 формат 5 дней
Монтажная схема А4 формат 6 дней
Спецификация А4 формат 3 дня
Перечень элементов А4 формат 2 дня
Техническое задание 2
Промежуточная часть 12
Электронный частотомер 18
Электронный аналоговый ключ 21
Список использованной литературы 25
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 8 основных частей:
-входная часть (обеспечивает требуемые значения входных параметров устройства) служит для согласования источника сигнала: внесение минимальных искажений в измеряемый сигнал;
-выходная часть (обеспечивает требуемые значения выходных параметров устройства) служит для согласования с нагрузкой: обеспечение необходимого напряжения тока мощности;
-промежуточная часть обеспечивает требуемое значение коэффициента усиления по напряжению и отсечку частот не входящих в заданный рабочий диапазон частот;
-фильтр служит для устранения помех: выделение необходимых диапазонов сигналов;
-коммутатор служит для коммутации между нагрузками;
-логический блок решает логическое уравнение на основе входных сигналов ABCDE результатом этого решения является 1 или 0.Управляет коммутатором;
-частотомер преобразует аналоговый сигнал в цифровой
измеряет частоту входного сигнала осуществляет индикацию измерений;
-блок питания служит для формирования клеммовых напряжений.
Рис.1 Структурная схема.
При проектировании входной части необходимо учесть что разрабатываемое устройство должно иметь большое входное сопротивление имеющее значение Rвх > 0.8 *100 кОм и погрешность изменения входного сопротивления ΔRвх=5 %.
Входной каскад выполняем на основе операционного усилителя включенного по неинвертирующей схеме с коэффициентом усиления равным 2.
Рис.2 Входная часть.
Коэффициент усиления равный 2 примем для согласования источника напряжения и входным сопротивлением усилителя.
В данном случае используется обратная связь по напряжению сигнал которой вводится последовательно с входным сигналом так как при этом можно получить большое входное сопротивление. В качестве микросхемы DA1 выбираем микросхему интегрированного электронного усилителя имеющего малые входные токи малую их разность малую входную емкость и низкий уровень шумов- K140УД26. Параметры приведены в приложении.
Используя АЧХ для выбранной микросхемы определим значения коэффициентов усиления на граничных частотах заданного рабочего диапазона. АЧХ приведены в приложении.
Коэффициент усиления рассчитаем по формуле:
Так как Кu=2 то R1=R2. Входное сопротивление достаточно большое и резисторы R1 и R2 необходимо брать большими.
Выбираем номиналы резисторов:
Рассчитаем глубину обратной связи и коэффициент частотного искажения:
Коэффициент усиления на граничных частотах определяется выражениями:
Вычислим погрешность коэффициента усиления в диапазоне частот:
Рассчитаем входное сопротивление на граничных частотах и вычислим его погрешность в зависимости от частоты:
Zвх(400)=11000000001;
Zвх (10000)=1100000000103.
Рассчитаем относительную погрешность:
Суммарная погрешность =(400)+(10000)=9909*10-11 %.
Погрешность обусловленная нестабильностью резистора R3 не превышает 0.05 % так как резисторы при проектировании выбираем прецизионные из ряда Е192 таким образом погрешность входного сопротивления не превышает заданного значения 5 %.
Найдем коэффициент частотного искажения:
Выходную часть устройства будем проектировать исходя из необходимости обеспечения требуемых входных параметров: максимального выходного напряжения и минимального сопротивления нагрузки. Исходя из заданных условий выходная часть представляет из себя усилитель напряжения построенный на основе высоковольтного операционного усилителя.
Рис.3 Выходная часть.
Максимальное выходное напряжение разрабатываемого устройства
U вых max=15 В а максимальный ток равен:
I вых max= U вых maxRн min=1550*103=003 мА
исходя из этого на выходе устройства необходимо поставить высоковольтный операционный усилитель 157 УД1.
Данная микросхема позволяет избежать применения дополнительных элементов поскольку дает амплитуду выходного напряжения не менее 19 В и работает от источника питания с напряжением 15 В. Микросхема имеет внутреннюю частотную коррекцию. Параметры усилителя приведены в приложении.
Так как выбранная микросхема операционного усилителя имеет сравнительно небольшой коэффициент по напряжению то во избежании больших погрешностей коэффициента усиления по напряжению целесообразно будет ввести отрицательную обратную связь большой глубины.
Коэффициент усиления для выходной части Ku=5.
Выбираем параметры резисторов:
Найдем глубину обратной связи коэффициент частотного искажения:
Рассчитаем погрешность коэффициента усиления:
Рассчитаем выходное сопротивление на граничных частотах и вычислим его погрешность в зависимости от частоты:
Zвых(400)=125000000003;
Zвых (10000)=125000000468.
(10000) = 368 10-9 %.
Суммарная погрешность =(400)+(10000)=392*10-9 %.
Промежуточная часть.
Промежуточная часть проектируемого устройства состоит из усилительного каскада выполненного на операционных усилителях ФВЧ и ФНЧ. ФВЧ включаем на входе промежуточной части чтобы уменьшить приведенный ко входу дрейф нуля ФНЧ включаем на выходе промежуточной части.
В первую очередь необходимо рассчитать фильтры так как они могут иметь не единичный коэффициент усиления и вносить изменения в дальнейшие расчеты.
В качестве фильтра низких частот используем пассивный RC-фильтр:
Рис.4 Фильтр низких частот.
Рассчитали значения параметров данного фильтра при этом произвольно выбираем значение номинала резистора:
Номинал сопротивления взяли из номинального ряда сопротивлений Е192 номинал емкости из номинального ряда емкостей Е192.
В качестве фильтра высоких частот используем пассивный RC-фильтр:
Рис. 5 Фильтр высоких частот.
Для промежуточной части усилительный каскад представляет из себя последовательное соединение трех неинвертирующих операционных усилителей 140УД26 каскад из которых изображен на рис.6.:
Рис.6.Промежуточная часть.
Коэффициент усиления по напряжению промежуточной части равен:
Кобщ=Квх*Квых*Кпром;
Кпром=КобщКвх*Квых=1000010=1000.
Коэффициент усиления по напряжению каждого усилительного каскада равен:
Разбиения коэффициента усиления на три части производится для уменьшения погрешности коэффициента усиления так как погрешность тем меньше чем глубже обратная связь.
Для коэффициента усиления Кu =10:
Для всех трех каскадов номиналы резисторов берем равными:
Рассчитаем номиналы резисторов для первого каскада:
Номиналы резисторов берем из номинального ряда резисторов Е192.
Глубина обратной связи и коэффициент частотного искажения для каждого из трех каскадов равны:
Рассчитаем промежуточное сопротивление на граничных частотах и вычислим его погрешность в зависимости от частоты:
Zпром(400)=20000000000474;
Zпром (10000)=2000000000843.
(10000) = 42*10-9 %.
Суммарная погрешность =(400)+(10000)=44*10-9 %.
Коэффициент частотного искажения для всей промежуточной части:
М пром=3*Мпрм=3*1005=3015.
Логический блок данного прибора решает логическое уравнение вида:
и в зависимости от результата решения коммутирует выход усилителя на два различных выхода.
Составляем схему логического блока который будет решать это уравнение:
Рис.7.Логическая схема.
Цифровую часть можно построить на логических элементах семейства ТТЛ так как для используемых серий микросхем данного семейства низкий уровень имеет напряжение не более 04 В а высокий – более 25 В а это удовлетворяет заданию.
По справочнику подбираем микросхемы подходящей серии и строим микросхему:
элемента 2И К555ЛИ1;
элемента 2 ИЛИ К155ЛЛ1.
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 15 с.
Рис.8 Цифровой частотомер.
)Усилитель-ограничитель.
Рис.9.Усилитель-ограничитель.
Усилитель-ограничитель предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Операционный усилитель КР140УД26 с включенными в цепь обратной связи диодом и стабилитроном. Диод КД522А убирает отрицательную полуволну а стабилитрон Д808 ограничивает положительную R17=25 кОм R18=2 кОм . Сопротивление R18 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. Логический элемент “И” по рис.9 – это элемент микросхемы К561ТЛ1 (приложение ) 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.
Рис.10 Временные диаграммы.
На рис.10 представлены сигналы на входе после усилителя и после триггера Шмитта.
Для формирования импульса длительностью 1с можно применить либо специальную микросхему (таймер) либо сформировать импульс на основе генератора и делителя частоты.
Мультивибратор-генератор напряжений прямоугольной формы построенный на интегральном таймере К1006ВИ1.
Рис.11.Мультивибратор.
tи=063*(R19+R20)*C5=1.5;
Задав С=595*10 -5 Ф рассчитаем значения резисторов:
К выходу мультивибратора подключим инвертор.
СДИ- счетчик дешифратор индикатор используется в виде микросхемы К140ИП1. Индикация в нем основана на светоизлучающих полупроводниковых диодах. Диапазон частот 400-10 000 Гц то соответственно в данном диапазоне 5 разрядов.
Электронный аналоговый ключ.
Электронные аналоговые ключи широко используются в электронике для осуществления управляемой передачи аналоговой информации от одного блока другому. При проектировании аппаратуры и выбора аналогового ключа руководствуются следующими параметрами:
Iком- коммутируемый ток то есть ток который протекает по открытому каналу ключа.
Uком- напряжение коммутации то есть максимально допустимое напряжение прикладываемое между входом и выходом ключа.
Rотк- сопротивление ключа в открытом состоянии.
Tвкл- время переключения ключа.
Uвх1 Uвх2- уровни управляющих напряжений.
Исходя из параметров прибора применим микросхему аналогового ключа- К590КН9.
Блок питания должен обеспечивать питанием аналоговые и цифровые микросхемы. Токи и мощности потребляемые всеми микросхемами приведены в табл.
каждой микросхемой мА
Источник электропитания должен обеспечивать питание усилителя и частотомера для аналоговых микросхем ОУ 140УД26 и 157УД1 +15В и -15В для счетчиков и мультивибратора +9 В.
Суммарный потребляемый ток данных микросхем и нагрузки усилителя Iпотр=239602 мА.
Блок питания разрабатываемого прибора должен питаться от сети переменного тока 220В±10% 50Гц.
Исходя из всех параметров выберем трансформатор ТПП201 ШЛ 12×16; 127220–50 мощностью 16 Вт×А с номинальным током во вторичных обмотках 029 A.
В качестве выпрямителя будем использовать диодный мост КД208А.
Для выпрямления напряжения питания будем использовать:
Uпит1 = +15 В – микросхема К142ЕН8;
Uпит2 = –15 В – микросхема К142ЕН11;
Uпит3 = +9 В – стабилитрон КС190Г (Iст=10 мА);
Uпит4 = +5 В – стабилитрон КС156А (Iст=5 мА).
R22=400 Ом (из номинального ряда -390 Ом) конденсаторы по 100 мкФ.
На основании технического задания был спроектирован усилитель напряжения имеющий коэффициент усиления по напряжению Кu=10000.
Для получения необходимого Iвых и Uвых (выходного тока в нагрузке и выходного напряжения) схема данного усилителя содержит выходной каскад на высоковольтном ОУ.
Все сопротивления в каскадах были подобраны из номинального ряда чтобы выдерживались требуемые параметры заданные в техническом задании.
Электрические параметры и ЛАЧХ ОУ 140УД26:
Kyu=106- коэффициент усиления по напряжению.
f1=20 МГц – частота единичного усиления.
Rнmin=2 кОм- минимальное сопротивление нагрузки.
Uвых=12 В- максимальное выходное напряжение.
Uпит=15 В- напряжение питания
Iпотр=47 мА- ток потребления
Uсм=25 мкВ – напряжение смещения.
Электрические параметры и ЛАЧХ ОУ 157УД1:
Kyu=4*104- коэффициент усиления по напряжению.
F1=05 МГц- частота единичного усиления
Iвых max=04 А- максимальный выходной ток
Iпотр=9 мА- ток потребления.
Uсм=5 мВ-напряжение смещения.
Микросхема К1006ВИ1.
Микросхема ВИ1-приоритетный шифратор 8 и 3 принимающий напряжение низкого уровня на один из восьми параллельных адресных входов I1-I8. На трех выходах появляется двоичный код пропорциональный номеру выхода оказавшегося активным.
I0вх не более –(16 32)мА
I1вх не более (004..008) мА
Uком=15 В – коммутируемое напряжение.
Iком =50 мА- коммутируемый ток.
Rотк=6 Ом- сопротивление ключа в открытом состоянии.
Tвкл=200 нс- время переключения ключа.
Uвх1=4..15 В-уровни управляющих напряжений
Uвх0=0..08 В – уровни управляющих напряжений
Список использованной литературы.
Гусев В.Г. Мулик А.В. Проектирование электронных аналоговых измерительных устройств: учебное пособие.- Уфа1990.
Гусев В.Г. Гусев Ю.М.Электроника.-2 изд. перераб. допол. М.: Высшая школа1991.
Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах М.
Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы М. 1989.
Хоровиц Хилл. Искусство схемотехники.- М.: Мир 198319851992.
Пратт. Практическая электроника.
Титце Шенк. Полупроводниковая схемотехника.- М.:Мир1983.
Достал. Операционные усилители.
Иванов и др. Оптоэлектронные приборы.
Уильямс А. Применение интегральных схем М. 1987.

печатная плата.cdw

Технические требования:
) плату изготовить методом печатного монтажа
не должен превышать 0
) зазор между резисторами - 2
) расстояние между конденсаторами и прочими элементами - 2

Монтажная схема.cdw