Проектирование усилителя с устройством измерения частоты

Проектирование электронного устройства в состав, которого входит электронный усилитель электрического тока, устройство усиления частоты усиливаемого им сигнала. Расчет входной, выходной и промежуточной частей усилителя, электронно-счётного частотомера.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 28.12.2014
Размер файла 466,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

0

Техническое задание

Спроектировать электронное устройство в состав, которого входит электронный усилитель электрического тока, устройство усиления частоты усиливаемого им сигнала, а также вторичный источник напряжения питания. У электронного усилителя тока выходной сигнал подается на один из двух выводов - сигналы на них появляться в зависимости от значений управляющих напряжений a,b,c,d и выполнения заданного для каждого варианта логического уравнения. При его выполнении выходной электрический ток снимается с выхода 1. При невыполнении уравнения - с выхода 2. Электронное устройство питается от промышленной сети U=220B10% , 50 Гц.

Параметры :

Коэффициент усиления тока

50

Нижняя граница диапазона частот, Гц

50

Верхняя граница диапазона частот, Гц

50000

Макс погрешность коэффициента усиления тока в рабочем диапазоне частот не более, %

0,2

Входное сопротивление, Ом

0,1

Погрешность входного сопротивления, %

1,5

Диапазон значений выходного тока усилителя, мА

-15…+15

Минимально допустимое выходное сопротивление, Ом

10000

Разрядность цифрового индикатора частоты

4

Время индикации частоты, с

5

Уровни напряжений a,b,c,d, B

0;20

Функция логического блока

Проектирование усилителя напряжения. Проектирование входной части усилителя

Для расчета входной части возьмем схему инвертирующего включения операционного усилителя, представленную на рис.1, так как она обеспечивает достаточную точность и стабильность коэффициента усиления. Входной резистор R0 является преобразователем напряжение ток и является входным сопротивлением для всей схемы.

рис.1

В качестве операционного усилителя используется NE5539. Используем ЛАЧХ усилителя из приложения 1 для оценки коэффициента усиления на граничных частотах.

Kyu(50000)=55Дб =563

Kyu (50) = 55Дб = 563

Зададим для входной части коэффициент усиления равный 5. Тогда в соответствии с номинальным рядом Е192 выберем резисторы серии USR 2-0710 с классом точности 0.005% R2 = 75 кОм,R1 = 15 кОм.

Резистор R3 введен для уменьшения дифференциального постоянного сигнала, который появляется на входе микросхемы при температурном изменении токов.

= 12,5 кОм

С учетом Е192 выберем резистор серии USR 2-0710 с классом точности ±0.005% R3=12,4 кОм.

Входной резистор выберем из серии FPR 2-1617 с классом точности ±0.25%

Погрешность входного сопротивления меньше указанной в задании 1,5%.

Рассчитаем погрешность коэффициента усиления вызванную погрешностью резисторов:

Рассчитаем коэффициент частотных искажений.

K(н)== -5,0006

K(в)== -5,0006

= 1

Расчет делительных RC цепочек.

Будем опираться на значения нижней и верхней граничной частоты.

Для верхней граничной.(рис.2)

рис.2

Также частота среза в (3..5)раз больше частоты полосы пропускания (возьмём в 5 раз больше):

Выберем номинал резистора R4 из ряда Е192 серии USR 2-0710, параметры которого:

Номинал: 2 кОм;;

точность: ±0,005%.

Тогда ёмкость конденсатора будет рассчитываться как:

Выберем номинал конденсатора С1 из ряда Е192, параметры которого:

номинал: 32нФ;

точность: ±0,5%.

Коэффициент частотных искажений на верхней граничной частоте:

=1,00001 где Kпроп=1,

=0,999988

Для нижней граничной частоты, срез зависит от конденсатора (рис.3)

рис.3

Также частота среза в (3..5)раз меньше нижней частоты полосы пропускания (возьмём в 5 раз меньше):

Выберем номинал резистора R5 из ряда Е192 серии USR 2-0710, параметры которого: номинал: 2 кОм;

точность: ±0,005%.

Тогда ёмкость конденсатора будет рассчитываться как:

Выберем номинал конденсатора С2 из ряда Е192, параметры которого:

номинал: 7,960мкФ;

точность: ±0,5%.

Коэффициент частотных искажений на нижней граничной частоте:

=1.00000199, где Kпроп=1,

=0,9999

Проектирование промежуточной части усилителя

Согласно техническому заданию с учетом входного сопротивления и входного каскада , коэффициент усиления в промежуточной части усилителя должен быть 100. Для этого возьмем два каскада на ОУ NE5539 KK1 = 10, KK2 = 10. Разбиение промежуточной части на каскады целесообразно для уменьшения погрешности усиления и коэффициента частотных искажений. Сопротивления будем брать из номинального ряда Е 192 серии USR 2-0710.

электронный усилитель частотомер сигнал

рис.5

Рассчитаем каскады по формуле коэффициента усиления для инвертирующего усилителя

,

где = 6,9

Для первого каскада:

R6 = 11кОм; R7 = R6 KK1 = 110 кОм; R8 = R7||R6 = 10 кОм

Для второго каскада:

R9 = 11 кОм; R10 = R9 KK2 = 110 кОм; R11 = R10||R9 = 10 кОм

Рассчитаем погрешность коэффициента усиления вызванную погрешностью резисторов. Так как все резисторы взяты из серии USR 2-0710 классом точности 0,005% тогда:

Рассчитаем коэффициент частотных искажений:

Для коэффициента усиления, равного 10:

= 0.09090909

= 0.90909091

= 9,99894

= 9.99894

= 1

= 1

Проектирование выходной части усилителя

Согласно техническому заданию выходной ток должен быть 15 мА. Этому условию удовлетворяет микросхема LM343, электрические параметры которой приведены в приложении 2. Входной сигнал подаем на инвертирующий вход (рис.4).

рис.4

Резисторы R12 и R13возьмем равными 10 кОм. Тогда резистор R14 будет равен R12||R13 = 5 кОм.

Рассчитаем значение выходного сопротивления.

Rвых. ОУ=50 Ом

Rвых = Ом

Что удовлетворяет условию технического задания Rвых>10000 Ом.

Рассчитаем погрешность коэффициента усиления вызванную погрешностью резисторов. Так как все резисторы взяты из серии USR 2-0710 классом точности 0,005% тогда:

Погрешность усиления вызванная погрешностью резисторов всего усилителя:

,

что меньше указанной в техническом задании.

Рассчитаем коэффициент частотных искажений:

=1, так как R13=R12

Kyu(н)=562341 Kyu(в)=563

K(в)== -0,9982

K(н)== -0,999998

=1.00177

Коэффициент частотных искажений всего усилителя на верхней граничной частоте:

Mв=Mв.вхMв.пром Mв.вых= 1,00177

Проектирование логического блока

Функция логического блока

Упрощая данную функцию, получим

Таблица истинности для функции (табл.1):

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

В качестве инверторов будем использовать микросхему Sn7404N, а в качестве элемента «И-НЕ» микросхему SN5412W.

Схема логического блока(рис.5)

Рис. 5

Так как уровни напряжения a,b,c,d 0…20 B, а максимальное входное напряжение для микросхем серии SN74 7В то необходимо поставить делители напряжения. ====35.2 кОм ====15 кОм

Номиналы резисторов взяты в соответствии с рядом Е 192, резисторы серии USR 2-0710 с классом точности 0.005%.

Uвых==5,976В

Проектирование частотомера

Электронно-счётный частотомер, предназначен на подсчёте числа импульсов измеряемого сигнала.

Упрощенная структурная схема частотомера показана на рисунке 6:

рис.6

R-C-цепочка предназначена для подачи на вход R СДИ кратковременных импульсов для обнуления счетчика и сброса индикатора. Время разряда конденсатора должно быть гораздо меньше по сравнению с величиной 1/fв=0,00002 с. Зададим =0,0000001 с. Так как =RC, R зададим 10 кОм, тогда С=10 пФ.

Мультивибратор (генератор напряжения прямоугольной формы), построенный на интегральном таймере NE555D (рис. 7).

рис. 7

В этой схеме включения конденсатор С3 заряжается через резисторы R24 и R25 до напряжения U2=2UП:3, а разряжается через резистор R24 до напряжения U2=UП:3.

Длительность зарядки конденсатора t1=0.693(R24+R25)C3, а длительность разряда конденсатора t2=0.693R25C3. Так как время индикации больше времени счета, то за время индикации примем t1, за время счета - t2, а на выходе мультивибратора поставим инвертор.

Возьмем C3=3.3 мкФ, R25=330 кОм, R24=6.19 мОм. Тогда t1= 14,917 с, t2=1,089 с.

Формирователь. В цифровых устройствах на микросхемах высокую роль играют формирователи импульсов. Данный формирователь построен таким образом: в качестве ОУ выбрана схема NE5539 (приложение 1), ограничитель будет основан на пассивных элементах с использованием диода (КД522А) и стабилитрона (Д808).

Рис.8 DD6 - К561ТЛ1, R23=10кОМ

Счётчик + дешифратор + индикатор.

СДИ - микросхема К490ИП1 - счетчик, дешифратор, индикатор. В частотомере используется 5 таких микросхемы, так как верхняя частота диапазона - 50000 Гц.

Частотная диаграмма(рис.9):

рис.9

Блок питания. Источник электропитания должен обеспечить питание усилителя и частотомера, для аналоговых микросхем ОУ NE5539, IH5051 и LM343 +15 В и -15 В, для счетчиков и мультивибратора +9 В, для индикаторов, логических микросхем +5 В.

Обозначение

Микросхема

Количество, шт.

Напряжение питания, В

Ток потребления, мА

Мощность, мВт.

DA1-3,DA5

NE5539

4

+15

+14

840

-15

-14

840

DA4

LM343

1

+15

+2

30

-15

-2

30

DD1

Sn5412W

1

5

2

10

DD2

SN7404N

1

5

2

10

DD3

IH5051

1

+15

+1

15

-15

-1

15

DD4

К561ТЛ1

1

9

0.00002

0,00018

DD5-DD9

SN7400N

5

5

2

50

DD10-DD15

К176ИЕ2

6

9

0,005

0,27

DD16-DD20

К490ИП1

5

9

2

90

5

2

50

DD21

NE555D

1

9

3

27

Суммарная мощность 2007,27 мВт.

Суммарный потребляемый ток данных микросхем и нагрузки усилителя:

Потребляемый ток на +15 и -15- 34 мА

Потребляемый ток на +9- 5 мА

Потребляемы ток на +5- 8 мА

Исходя из этого параметра выберем трансформатор ТПП226-127/220-50 мощностью 5,5 ВА, напряжением вторичных обмоток 20 В, 20 В, 20 В и 20 В, номинальным током во вторичных обмотках 0,063A.

Для выпрямления напряжения питания будем использовать:

- для Uпит1=+15 В - микросхему Mc7815;

- для Uпит2=-15 В - микросхему Mc7815;

- для Uпит3=+9 В - стабилитрон Mc7809;

- для Uпит4=+5 В - стабилитрон Mc7805;

Конденсаторы C6,C8,C10,C12 возьмем по 0,33 мкФ, а C7,C9,C11,C13 по 0,1 мкФ. Эти конденсаторы нужны для увеличения постоянной составляющей напряжения, питающего микросхемы. Все конденсаторы большой емкости, поэтому необходимо брать электролитические конденсаторы.

Схема блока питания рис.10

рис.10

Заключение.

В данной работе был спроектирован и рассчитан измерительный усилитель с устройством измерения частоты.

Усилитель тока был реализован при помощи интегральных операционных усилителей серии NE5539 и LM343.

В частотомере были использованы микросхемы на комплиментарных МОП-транзисторах, что уменьшило его энергопотребление и быстродействие.

Все детали, использованные в проекте, отвечают техническим требованиям, как по условиям эксплуатации, так и по характеристикам быстродействия, энергопотребления и вводимых погрешностей.

Номиналы использованных деталей отвечают номинальным рядам.

Список использованной литературы

1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. «Электроника» (М., Высшая школа, 1991).

2. Гусев В.Г.,Мулик А.В. «Аналоговые измерительные устройства: учебное пособие» (Уфа, УГАТУ, 1996).

3. Перебаксин А.В., Бахметьев А.А. и др. «Интегральные схемы: Операционные усилители.» Том-1. (М.: Физматлит, 1993).

4. Якубовский С.В., Нисельсон Л.И., и др.. Справочник «Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы» (М., Радио связь, 1989).

5. Богданович М.И., Грель И.Н., Дубина С.А., Прохоренко В.А., Шалимо В.В. справочник « Цифровые интегральные микросхемы» (Минск, Полымя, 1996)

Ресурсы Интернета:

1. http://radioradar.net/hand_book/hand_books/tpp.html

2. www.AllDataSheet.com

3. http://www.masterkit.ru 

Приложения

Приложение 1

Электрические параметры и АЧХ ОУ 140УД26:

Максимальное выходное напряжение: не более 5 В;

Напряжение смещения нуля: не более 2,5 мВ;

Входной ток: не более 20 мкА;

Ток потребления: не более 14 мА;

  • Частота единичного усиления: не менее 48 МГц;
  • Напряжение питания: (5 … 15) В;
  • Приложение 2
  • Электрические параметры и АЧХ ОУ 1LM343:
  • f1=1 МГц - частота единичного усиления
  • Iвых.max=20 мA - максимальный выходной ток
  • Uвых=5 В - максимальное выходное напряжение
  • Iпотр=2 мА - ток потребления
  • Uсм=5 мкВ - напряжение смещения
  • Приложение 3
  • SN7400N
  • 4 элемента 2И-НЕ ТТЛ
  • Ток потребления: 2 мА
  • Напряжение питания: +5В
  • Приложение 4
  • SN7404N
  • 6 инверторов
  • Ток потребления: 2мА
  • Напряжение питания: +5В
  • Приложение 5
  • SN5312W
  • 3 элемента 3И-НЕ ТТЛ
  • Ток потребления: 2 мА
  • Напряжение питания: +5В
  • MC78XX/LM78XX/MC78XXA
  • 3-Terminal 1A Positive Voltage Regulator.
  • Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

  • Выбор структурной схемы усилителя, расчет усилительного каскада. Проектирование промежуточной и выходной части устройства. Определение погрешности коэффициента преобразования. Проектирование логического блока, питания и электронно-счетного частотомера.

    курсовая работа [668,9 K], добавлен 30.12.2014

  • Проектирование измерительного усилителя, его входной и выходной части. Расчет логического блока данного прибора. Расчет делителя напряжения. Использование электронного аналогового ключа. Проектирование цифрового частотомера. Разработка блока питания.

    курсовая работа [490,4 K], добавлен 17.06.2011

  • Проектирование бестрансформаторного усилителя низкой частоты, расчет коэффициента усиления и диапазона возможных значений. Определение схемы выходного каскада и типов транзисторов каскадов усиления. Расчет электрической принципиальной схемы усилителя.

    курсовая работа [138,4 K], добавлен 29.06.2015

  • Диапазон принимаемых частот, воспроизводимых частот радиоприемника. Избирательная система тракта сигнальной частоты. Расчет входной цепи с ферритовой антенной, усилителя радиочастоты, усилителя промежуточной частоты. Коэффициент устойчивого усиления.

    курсовая работа [146,5 K], добавлен 06.12.2013

  • Предварительный усилитель промежуточной частоты, расчет его коэффициентов. Измерение зависимости коэффициента усиления ПУПЧ от включения генератора сигнала во входной контур. Графики зависимостей нормированных показателей передачи входного устройства.

    лабораторная работа [744,7 K], добавлен 05.05.2015

  • Проектирование радиоприемного устройства: расчёт сквозной полосы пропускания приёмника, структуры преселектора и числа преобразований частоты. Определение избирательной системы тракта промежуточной частоты, динамического диапазона и расчет усилителя.

    курсовая работа [547,9 K], добавлен 18.08.2012

  • Понятие и назначение усилителя низкой частоты. Разработка и расчет принципиальной схемы. Проектирование усилителя низкой частоты, состоящего из двух каскадов и RC-цепочки связи. Анализ работы схемы при помощи программы Electronics Workbench Version 5.12.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 27.08.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.