Разработка электронного устройства
Работа из раздела: «
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»
/
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования:
'Белорусский государственный технологический университет'
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ НА ТЕМУ:
'РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА'
Разработал: студент 3 курса, 4 группы,
специальности АТПиЭ,
факультета ХТиТ,
Федоренков А.Ю.
Принял: Оробей И.О.
Минск 2012
Содержание
- 1. Разработка структурной схемы
- 1.1 Синтез и расчет транзисторного усилителя
- 1.2 Синтез преобразователей уровня на ОУ
- 1.3 Синтез схемы арифметических преобразователей
- 1.4 Схема компаратора на ОУ
- 1.5 Разработка цифровой схемы
- 1.6 Расчёт электронного ключа на транзисторе
- 2. Расчет блока питания
- 3. Рассчитаем ток нагрузки блока питания
- 4. Рассчитаем мощности, потребляемые всеми усилителями и микросхемами
- Заключение
- Список использованных источников
1. Разработка структурной схемы
1.1 Синтез и расчет транзисторного усилителя
Поскольку необходимо усилить сигнал по напряжению, то в качестве схемы нормирующего усилителя выбираем схему с общим эмиттером. Однако схеме присущи следующие недостатки:
1) даже при отсутствии переменного сигнала через нагрузку протекает постоянный ток;
2) схема является температурно-нестабильной, т.к. при увеличении температуры транзистора на 10°, ток коллектора увеличивается в 2 раза, что приводит к дальнейшему увеличению температуры транзистора. В результате транзистор либо сгорает, либо переходит в режим насыщения;
3) в данной схеме большие нелинейные искажения сигнала.
Схема усилителя с ОЭ:
электронное устройство блок питание
Выбираем из справочника транзистор, например, КТ3107Б.
Его параметры:
Проведем расчет по постоянному току (одинаков для всех усилителей).
Выбираем
(округления определяются рядам номинальных значений E24 (резисторы и конденсаторы))
Проведем расчет усилительного каскада по переменному сигналу (для каждого усилителя свой).
Выходные напряжения:
Коэффициент усиления по напряжению:
Рассчитаем конденсаторы и:
Конденсатор выбираем из условия (сопротивление конденсатора рассчитывается на частоте среза в 10 раз меньше, чем частота основного сигнала):
,
где для первых трёх каналов и для четвертого и пятого каналов.
конденсатор выберем из следующего соотношения:
,
где для 1-3 каналов и для 4-5 канала.
Рассчитаем конденсаторы каскадов, округлив данные значения по ряду Е24:
Тогда для первых трёх каналов
,
для четвертого-пятого канала
.
Выбор нагрузки.
В качестве нагрузки возьмем буферный повторитель (это ОУ с Ku=1 и очень большим входным сопротивлением).
Выберем операционный усилитель (ОУ). Для этого подойдет КР1408УД1, вот его следующие характеристики:
1. ОУ общего применения.
2.
3.
4.
5.
1.2 Синтез преобразователей уровня на ОУ
Необходимо, чтобы усилитель на ОУ преобразовывал напряжение последующему закону: входному напряжению на 0В должно соответствовать выходное напряжение 2.77В, а входному напряжению 1.265В - выходное напряжение - 1.23В.
Т.е. между входным и выходным сигналом должна быть следующая выходная зависимость:
Выходное напряжение усилителя зависит от входных в соответствии с уравнениями:
При и получаем:
Получаем:
Принимаем; .
1.3 Синтез схемы арифметических преобразователей
Расчет интегратора на ОУ (Y2=инт (Y1))
Для интегрирования сигнала первого канала с постоянной времени используем интегратор на базе операционного усилителя.
Выходное напряжение усилителя зависит от входного в соответствии с уравнениями:
.
В связи с тем, что инвертирующий вход имеет потенциальное заземление, выходное напряжение определяется следующим образом:
Отсюда и выбираем из условия .
Принимаем , .
Используем два ОУ. В первом случае интегрируем значение напряжения, но значение сигнала получится отрицательным, поэтому ставим инвертирующий усилитель с Кu=-1
Расчет сумматора на ОУ (Выполнение Y3=0.6X5+0.6Х4)
Выходное напряжение усилителя зависит от входных в соответствии с уравнениями:
Используем два ОУ. В первом случае суммируем два значения напряжение, но сумматор суммирует со знаком минус, поэтому потом ставим инвертирующий ОУ с Ku=-1.
Расчет дифференциатора на ОУ (Y4=Диф. Х2)
Для дифференцирования сигнала второго канала с постоянной времени используем дифференциатор на базе операционного усилителя.
Выходное напряжение усилителя зависит от входного в соответствии с уравнениями:
Используем два ОУ. В первом случае дифференцируем значение напряжения, но значение сигнала получится отрицательным, поэтому ставим инвертирующий усилитель с Кu=-1
Расчет операционного усилителя, выполняющего вычитание сигналов (Y1=0.35 (X3-X1))
Для того чтобы отнять два значения напряжения друг от друга используем не инвертирующий ОУ.
Расчет усилителей, выполняющих перемножение сигналов (Y5=| Y3|*| X1|)
Выберем диод марки КД102Б (Uпрям=1В, Iпрям=50мА)
Для произведения сигналов сначала пустим их на логарифмические усилители, затем на сумматор, после чего проэкспоненцируем используя экспоненциальный усилитель. На вход первого логарифмического усилителя подводим Y2 а на вход второго Х4.
Для логарифмического усилителя:
,
Для первого логарифмического усилителя:
,
Для второго логарифмического усилителя:
,
Подадим полученные сигналы на сумматор:
При получаем:
Подадим полученный сигнал на экспоненциальный усилитель. Выходное напряжение усилителя зависит от входного в соответствии с уравнениями:
Выполнение Y6=Х2-0.25Х4-0.7Х1
Используем два ОУ. Не инвертирующий операционный усилитель, выполняющий вычитание сигналов, вычитает Х3 с Х1, затем используем сумматор, который суммирует Х3-Х1 с Х2, получаем требуемую операцию.
1.4 Схема компаратора на ОУ
Сигналы Y1-Y6 пропускают через схемы с компаратором на ОУ, которые преобразуют уровни напряжения на выходе арифметических операций на ОУ в ТТЛ или КМОП. Значения напряжения от - Up до Ux=1.015 должен соответствовать логическому '0' на выходе цифровой схемы, а значение Ux до +Up-логическая '1'. Компаратор должен обеспечивать на выходе уровень логического нуля для ТТЛ или КМОП при Uвх [-1; 1,12] В и уровень логической единицы при Uвх [1,015; 3] В.
Для обеспечения этого условия необходимо для первого канала на инвертирующий вход подать Uвх (выходное напряжение операционного усилителя), а на неинвертирующий вход подать напряжение , а для остальных каналов на инвертирующий вход подать подать напряжение , а на неинвертирующий вход подать Uвх (выходное напряжение операционного усилителя).
Рассчитываем делитель напряжения и :
Пусть через резистор протекает ток ;
;
1.5 Разработка цифровой схемы
1) составляем карту Карно, располагая по вертикали и горизонтали значения входных переменных таким образом, что при переходе от одного квадрата к другому изменялось значение только одной переменной (по аналогии с кодом Грея);
2) записываем в квадраты карты Карно значение выходных переменных, соответствующей данным наборам значений выходных переменных.
3) описываем обведенные квадраты как произведения входных функций или их инверсные значения;
4) производим минимизацию карты Карно и, используя булеву алгебру, представляем искомую логическую функцию суммой значений соответствующих квадратов;
5) по полученному выражению изображаем принципиальную схему, пользуясь элементами 'ИЛИ-НЕ”.
Составим карту Карно по таблице истинности:
|
Выходная переменная Y
|
Входные переменные
|
|
|
Х1
|
Х2
|
Х3
|
Х4
|
Х5
|
Х6
|
|
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
|
2
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
|
|
3
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
|
4
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
|
|
7
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
|
|
15
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
|
26
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
|
|
35
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
|
36
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
|
|
38
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
|
|
43
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
|
|
49
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
|
Тогда карта Карно выглядит следующим образом:
|
X4X5X6
|
000
|
001
|
011
|
010
|
110
|
111
|
101
|
100
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X1X2X3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
000
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
|
001
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
|
|
011
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
|
010
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
|
110
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
|
111
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
|
101
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
|
100
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
|
Минимизация по '0':
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
Перемножим выражения отдельных областей и преобразуем по теореме Моргана:
1.6 Расчёт электронного ключа на транзисторе
UL=52.5В;
IL=0.824 А;
По этим параметрам выберем транзистор:
КТ851A; Ik=0.6A; Uкэ max=180 В; =20…200;
2. Расчет блока питания
Разработаем трансформаторный источник питания от сети 220В.
Исходные данные:
, , , =2*E=14В
3. Рассчитаем ток нагрузки блока питания
1. Усилитель на биполярном транзисторе
2. Усилители на ОУ, повторители, компараторы, сумматоры, дифференциатор, интегратор, выбрали из справочника, и их марка КР1408УД1
3. Логические схемы
4. Общий потребляемый ток
5. Выберем стабилитрон для источника питания ±7В
Выбираем 2 стабилитрона 2С212Ц с напряжением стабилизации
6. Рассчитаем выпрямитель для питания ±7В
Выберем диод 2Д122АС
7. Выберем стабилитрон для источника питания +75В.
Выбираем 2С502М с напряжением стабилизации
8. Рассчитаем выпрямитель для питания +75В
Выберем диод КД102А
4. Рассчитаем мощности, потребляемые всеми усилителями и микросхемами
1. Усилитель на биполярном транзисторе:
2. Усилители на ОУ, повторители, компараторы, сумматоры, дифференциатор, интегратор, выбрали из справочника, и их марка КР1408УД1
3. Все резисторы
Общая потребляемая мощность
Заключение
Для реализации электронной схемы управления понадобится 5 каскадов усилителей на биполярном транзисторе КТ3107Б, 25 операционных усилителей КР1408УД1, 2 схемы 'И-НЕ' (К564ЛА9), 1 схема 'И-НЕ' (К564ЛА7), 1 схема 'ИЛИ-НЕ' (К564ЛЕ5), 2 схемы 'И-НЕ' (К564ЛА7)), 14 буферных инверторов (К564ЛН2).
Список использованных источников
1. Конспект лекций.
2. И.А. Арабей, Дз.А. Грынюк 'Электронныя прылады аутаматыки'.
3. Справочник по цифровым логическим микросхемам.
