Разработка электронного устройства

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

• 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 0 В должно соответствовать выходное напряжение 2.77 В, а входному напряжению 1.265В — выходное напряжение — 1.23 В.

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 К_u=-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 K_u=-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 К_u=-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=1 В, 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 U_вх [-1; 1,12] В и уровень логической единицы при U_вх [1,015; 3] В.

Для обеспечения этого условия необходимо для первого канала на инвертирующий вход подать U_{вх (}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 U_{вх (}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:

Тогда карта Карно выглядит следующим образом:

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

U_L=52.5В;

I_L=0.824 А;

По этим параметрам выберем транзистор:

КТ851A; I_k=0.6A; U_{кэ max}=180 В; =20…200;

2. Расчет блока питания

Разработаем трансформаторный источник питания от сети 220 В.

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 +75 В.

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.