Розробка аналогових та цифрових пристроїв на інтегральних мікросхемах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська державна академія залізничного транспорту

Факультет «Автоматика, телемеханіка та зв'язок»

Кафедра «Транспортний зв'язок»

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни «Електроніка та мікросхемотехніка»

на тему:

Розробка аналогових та цифрових пристроїв на інтегральних мікросхемах

2014р.

Зміст

Завдання до курсового проекту

Вступ

1. Розрахунок операційного підсилювача

1.1 Визначення амплітуди напруги і струму в навантаженні та вибір вихідного, вхідного та проміжного каскаду для ОП

1.2 Визначення коефіцієнтів підсилення вихідного і проміжного каскадів

1.3 Розрахунок мінімального припустимого опору навантаження вхідного та проміжного каскадів

1.4 Розрахунок значень опорів R₃ i R₅

1.5 Розрахунок коефіцієнтів підсилення струму

1.6 Розрахунок коефіцієнтів підсилення напруги

1.7 Розрахунок коефіцієнт підсилення потужності

1.8 Визначення верхні частоти смуги пропускання каскадів підсилювача

1.9 Визначення амплітуди вхідної напруги і струму підсилювача

2. Розробка тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ

2.1 Побудова таблиці переходів роботи заданого пристрою

2.2 Мінімізація функцій

2.3 Формування карти Карно для функцій J

2.4 Формування карти Карно для функції К

2.5 Реалізація функції J та К на логічних елементах І-НІ

Висновки

Список літератури

Додаток А Принципова схема підсилювача на інтегральних мікросхемах

Додаток Б Функціональна схема тригерного пристрою на логічних елементах

Додаток В Лист специфікація

Завдання до курсового проекту

Завдання 1. Розрахунок електронного підсилювача на інтегральних мікросхемах. Вихідні дані для розрахунку.

1. Розрахувати 3-х каскадний електронний підсилювач,побудований на операційних підсилювачах (ОП).

2. Варіант розрахунку і вихідних даних вибираються за номером запису в навчальному журналі.

Вихідні дані для розрахунку:

- потужність у навантаженні Р_н = 0,38 Вт;

- опір навантаження R_н = 0,49 кОм;

- коефіцієнт підсилення напруги К_u =350 ;

- частота сигналу датчика f_вх =400 Гц;

- вхідний опір датчика R_вх = 0,9 кОм.

Завдання 2.Розробка тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ(АБО-НІ)для реалізації двоходової функції ,функціонування якого задане таблицею переходів. Побудувати функціональну схему пристрою на основі двоступінчатого тригера на обраних логічних елементах , а також інтегральних мікросхемах К155ТВ1.

t-1	t
X1	X2	Qt
0	0	1
0	1	0
1	0	Q?t-1
1	1	1

Вступ

В мікросхемотехніці широке вживання отримали операційні підсилювачі. Під операційним підсилювачем в мікроелектроніці розуміють реалізований у вигляді мікросхеми підсилювач постійного струму, що має:

· високий коефіцієнт посилення по напрузі;

· високий вхідний опір;

· низький вихідний опір.

Операційний підсилювач має диференціальний вхід і несиметричний вихід. Вхідні і вихідні сигнали відлічуються щодо загального дроту, який на схемах іноді не показують. Операційні підсилювачі призначені для роботи з глибоким негативним зворотним зв'язком і спочатку застосовувалися в аналогових ЕОМ, де залежно від ланцюгів зворотного зв'язку вони виконували різноманітні математичні операції (складання, віднімання, множення, розподіл, логарифмування, диференціювання, інтеграція і т.д.), звідки і відбувся термін "операційний підсилювач". Перші операційні підсилювачі були ламповими і були вельми громіздкими і дорогими пристроями. В даний час високоякісні операційні підсилювачі випускають у вигляді мікросхем, ціна яких помірна з ціною окремого транзистора, що істотно розширило їх сферу вживання. Поєднання високих електричних параметрів з малими габаритами, високою надійністю і низькою ціною зробило операційний підсилювач основним активним елементом аналогової схемотехніки.

Також великим кроком у схемотехніці було застосування цифрових логічних схем, які стали основними елементами для побудування комп'ютерної техніки, процесорів для виконання різноманітних задач, елементів робототехніки. Використання аналогово-цифрових та цифро-аналогових перетворювачів дало можливість закодовувати любий аналоговий сигнал в послідовність нулів та одиниць, обробляти цифровий сигнал(зберігання інформації, передача інформації, тощо), та отримувати з цифрового сигналу знову аналоговий.

1. Розрахунок операційного підсилювача.

От же маємо три каскадний підсилювач зображений на рис 1.1.

Рис 1.1 - Схема три каскадного підсилювача

Перший каскад підсилення ввімкнений за схемою повторювача напруги, а другий і третій в режимі підсилення напруги.

1.1 Визначаємо амплітуду напруги і струму в навантаженні та оберемо вихідний, вхідний та проміжного каскад для ОП

, (1.1)

де Pн - потужність , що підводиться до навантаження;

Rн - опір навантаження.

, (1.2)

де Uн_max - амплітуда напруги в навантаженні.

За отриманими параметрами струму і напруги вибираємо ОП КР1408УД1, схема якого зображена на рисунку 1.2, а основні параметри приведені в таблиці 1.1.

Рисунок 1.2 - Мікросхема ОП КР1408УД1

Таблиця 1.1 - Основні параметри ОП КР1408УД1

Uвихmax,В	Кu	Uсм,В	f1 , МГц	Uп,В	іп,мА	rвх,Ом	Rн,Ом	івх,мА
20	7*104	8*10-3	0.5	±20-40	5	106	2*103	40

Виходячи з того,що вихідні струми проміжного каскаду є вхідними для вихідного каскаду,то мікросхема вхідного і проміжного каскаду вибирається по і_вх=40мА та по Кu=7*10⁴.Цим вимогам відповідає ОП К140УД6.

Схема ОП К140УД6 зображена на рисунку 1.3, а основні параметри приведені в таблиці 1.2.



Рисунок 1.3 - Мікросхема ОП КР140УД6

Таблиця 1.2 - Основні параметри ОП КР140УД6

Uвихmax,В	Кu	Uсм,В	f1 , МГц	Uп,В	іп,мА	rвх,Ом	Івих,А
12	5*104	8*10-3	106	±15	3	1.5*106	0.025

1.2 Знаходимо коефіцієнти підсилення вихідного і проміжного каскадів

(1.3)

де К_u- коефіцієнт підсилення підсилювача.

1.3 Знаходимо мінімально допустимий опір навантаження Rн(КР140УД6)

, (1.4)

1.4 Розрахунок значень опорів R3 і R5

Задаємося значеннями опорів R2=R4, які повинні бути більше Rн_min в 2-5 разів. Вибираємо ці опори з ряду Е24:

; (1.5)

Знаходимо значення опорів R3 і R5:

; (1.6)

Вибираємо найближчі номінальні значення із ряду Е24:

; .

1.5 Визначаємо коефіцієнт підсилення струму

; (1.7)

; (1.8)

; (1.9)

. (1.10)

1.6 Визначаємо коефіцієнт підсилення напруги

. (1.11)

Розрахункове значення порівнянне із заданим по умові .

1.7 Визначаємо коефіцієнт підсилення потужності

. (1.12)

1.8 Визначаємо верхні частоти смуги пропускання каскадів підсилювача

; (1.13)

; (1.14)

; (1.15)

1.9 Визначаємо амплітуду вхідної напруги і вхідного струму підсилювача

; (1.16)

. (1.17)

Для кращої стабілізації живлення вхідного і проміжного каскадів додамо стабілітрони КС515А

Розрахуєм номінали гасячих опорів R8,R9:

;

;

.

Вибираємо найближчі номінальні значення із ряду Е24:

.

За розрахованими даними малюємо схему розробленого підсилювача , виконану в додатку А. У додатку В зроблена специфікація до цієї схеми.

2. Розробка тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ

Розробка тригерного пристрою виконується наступним чином:

2.1 Побудуємо таблицю переходів роботи заданого пристрою. Занесемо дані в таблицю 2.1

Таблиця 2.1 - Таблиця роботи переходів заданого JK пристрою

Порядковий номер у карті Карно	Х1	Х2	Qt-1	Qt	J	K
0	0	0	0	1	1	*
1	0	0	1	1	*	0
2	0	1	0	0	0	*
3	0	1	1	0	*	1
4	1	0	0	1	1	*
5	1	0	1	0	*	1
6	1	1	0	1	1	*
7	1	1	1	1	*	0

2.2 За допомогою карт Карно знаходимо мінімальну форму функцій J і K

Мінімізація функцій

В цій карті Карно числа від 0 до 7 відповідають порядковому номеру переходів в таблиці 2.1.

2.3 Складаємо карту Карно для функцій J

А) заповнюємо карту Карно, записуємо одиниці у клітинки, де функція приймає одиничні значення, відповідно з їх порядковим номером.

Х1Х2 Qt-1	01	00	10	11
0	*	*	*	*
1	(1}	1)	0	{1

Б) записуємо рівняння диз'юнктивної нормальної форми (ДНФ) для функції J. Об'єднавши їх маємо таке рівняння для функції J:

2.4 Складаємо карту Карно для функцій К

А) заповнюємо карту Карно, записуємо одиниці у клітинки, де функція К приймає одиничні значення, відповідно з їх порядковим номером

Х1Х2 Qt-1	01	00	10	11
0	1	0	1	0
1	*	*	*	*

Б) записуємо рівняння диз'юнктивної нормальної форми (ДНФ) для функції К. Об'єднавши їх маємо таке рівняння для функції К:

2.5 Реалізація функцій J і К на логічних елементах І-НІ

За допомогою Булевої алгебри використовуючи коньюктивний закон та теорему де Моргана приведемо функцію J до вигляду:

Для функції J маємо (рисунок 2.1):

Рисунок 2.1 - Функція J на логічних елементах І-НІ

Для функції К маємо

(рисунок 2.2):



Рисунок 2.2 - Функція K на логічних елементах І-НІ

Реалізація розробленого тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ виконана у додатку Б:

Висновок

підсилювач мікросхема інтегральний

В даному курсовому проекті був розглянутий операційний підсилювач, а також проведена розробка тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ .

З урахуванням вихідних даних був проведений розрахунок необхідний для створення підсилювача на інтегральних ОП.

У другому розділі була проведена розробка тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ. Для цього була проведена мінімізація функцій за допомогою карт Карно, а також приведення функцій за допомогою Булевої алгебри до зручного вигляду для реалізації схеми на елементах І-НІ.

Список літератури

1. Электроника: Учеб пособие для приборостроит. спец. вузов. В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Высш. шк. 1991.- 622с.

2. Аналоговая и цифровая электроника : Учеб пособие .Опадчий Ю.Ф.,

Глудкин О.П.-М.:Горячая Линия-Телеком. 2000.-768с.

3. Китаев Ю.В. Основы цифровой техники. Учебное пособие: СПб:

СПбГУ ИТМО, 2007, 87 с.

4. А. Л. Булычев, В. И. Галкин, В. А. Прохоренко Аналоговые интегральные схемы. Справочник- 2-е изд., перераб и доп.-Минск: «Беларусь». 1994.-382с

Додаток А

Додаток Б

Додаток В

Зона	Позиція	Позначення	Найменування	Кільк.	Приміт.
			Резистори
	R2, R4		МЛТ-0,125 - 1к5 5%	2
	R3		МЛТ-0,125 -27к 5%	1
	R5		МЛТ-0,125 -30к 5%	1
	R8,R9		МЛТ-0,5 - 1к 5%	2
	R1, R6, R7		CП3 -10к 5%	3
			Мікросхеми
	DA1,DA2		K140УД6	2
	DA3		КР1408УД1	1
			Діоди
	VD1, VD2		KC515	2

Размещено на Allbest.ru