Разработка электронного функционального устройства, реализующего передаточную функцию

Разработка принципиальной схемы, статический и динамический расчет. Выбор электронных элементов схемы (операционного усилителя, конденсаторов, резисторов) и конструирование печатной платы. Расчёт надёжности устройства и области его нормальной работы.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 22.12.2010
Размер файла 393,0 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.

Введение

Целью настоящего курсового проекта является разработка электронного функционального устройства реализующего заданную передаточную функцию.

Разработка устройства включает в себя проектирование принципиальной электрической схемы, разводку печатной платы, расчёт области нормальной работы и расчёт показателей надёжности.

Дополнительно к разработанному устройству составляется инструкция по эксплуатации.

Данные на курсовое проектирование

При курсовом проектировании следует разработать электронное функциональное устройство реализующее переставленный на рисунке 1.1 закон передачи.

Рисунок 1.1 - Структурная схема устройства

Требования к разработке:

1. Разрабатываемое функциональное электронное устройство должно реализовывать заданные передаточные функции с максимально возможной точностью в широком частотном диапазоне (150…510Гц).

2. Устройство должно быть реализовано на элементах отечественного производства, общепромышленного назначения. Входные и выходные сигналы должны соответствовать требованиям ГСП

3. Устройство должно быть выполнено на печатной плате с краевым разъемом. Блок питания находиться вне устройства и не разрабатывается.

4. Каждому элемент у структурной схемы соответствует 1 операционный усилитель. Устройство должно иметь 2 параметра настройки и 2 органа настройки. Органы настройки выполняются на резисторах. Все функциональные конденсаторы принять равными 1 мкФ.

5. Устройство должно иметь выходной каскад - ограничитель выходного напряжения. Уровень напряжения может настраиваться.

6. Рассчитать область нормальной работы устройства.

7. Графическая часть должна содержать:

1. Принципиальную схему устройства

2. Печатная плата.

3. Сборочный чертеж.

Разработка принципиальной схемы

Указанный в задании закон может быть реализован на операционном усилителе по схеме представленной на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема звена, реализованного на операционных усилителях

Идеальная передаточная функция такого звена имеет вид

, (2.1)

где

; ;

Таким образом, при фиксированном значении номинала конденсатора C1 (1 мкФ) функциональное устройство имеет два параметра настройки: коэффициент усиления (R1) и постоянная времени (R3).

Статический и динамический расчет

Формирующее устройство на операционном усилителе показано на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Формирующее устройство на операционном усилителе

Идеальная передаточная функция формирующего устройства на операционном усилителе при условиях

;

;

имеет вид

.

Реальная передаточная функция формирующего устройства на операционном усилителе

.

Реальная передаточная функция найдена путем решения системы уравнений, составленных по закону Кирхгофа

(3.1)

Исключая ненужные переменные токи

;

(3.2)

Если устремить и к бесконечности, то мы придем к выводу, что переходная функция совпадает с переходной функцией для идеального варианта.

Следовательно, необходимо выбрать операционный усилитель с как можно большим коэффициентом усиления и входным сопротивлением.

Реальное комплексное сопротивление утечки конденсатора имеет вид

.

где .

Для структурной схемы, приведенной на рисунке 1.1, идеальная передаточная функция имеет вид

.

Реальная передаточная функция реального дифференцирующего звена

; (3.3)

; (3.4)

; (3.5)

Подставив (3.4), (3.5) в (3.2) имеем передаточную функцию реального звена

. (3.6)

Выбор электронных элементов схемы и конструирование печатной платы

Выбор элементов

Операционный усилитель

В качестве операционного усилителя выбрана микросхема КР1446УД14 обладающая следующими параметрами:

Входное сопротивление () - 1000 мОм.

Напряжение питания - 15 В 10%

Напряжение смещения - 10 мВ.

Тип корпуса - DIP 201.14-2 (19?6,6 мм).

Рисунок 4.1 - корпус КР1446УД14

Рисунок 4.2 - распределение выводов

Конденсаторы

В качестве конденсатора C1 выбран металлобумажный конденсатор типа C-K-50-80 обладающий большим сопротивлением утечки ()1 000 000 Ом;

Резисторы

В качестве переменных резисторов применены резисторы типа СП3-18a.

В качестве постоянного резистора выбран малогабаритный резистор с мощностью рассеивания 0,25 Вт (P1-28).

Описание принципиальной электрической схемы

Принципиальная электрическая схема разработанного электронного функционального устройства приведена на листе КАПП.220201.108.Э3 курсового проекта.

Операционный усилитель DA1,DA2,DA3 совместно с элементами C1,R1,R2,R3,R4,R5 образует смешанное звено с заданным видом передаточной функции. При этом подстроечные резисторы R1 и R3 позволяют настраивать, соответственно, постоянную времени и коэффициент усиления звена.

Подключение разработанного функционального устройства выполняется через концевой разъём XC1.

Печатная плата

Чертёж печатной платы устройства и сборочный чертёж приведены на листах КАПП.220201.108 и КАПП.220201.108.СБ данного курсового проекта.

Расчёт надёжности проектируемого устройства

Расчёт надёжности проектируемого устройства сводится к определению вероятности безотказной, среднего времени безотказной работы и интенсивности отказа. Вероятность безотказной работы устройства за 1000 часов определена при условии, что закон распределения экспоненциальный, а интенсивность отказов элементов, входящих в устройство, соответствует значениям приведённым в таблице 5.1.

Среднее время безотказной работы устройства

На рисунке 5.1 показана плотность вероятности безотказной работы комплекта.

Рисунок 5.1 - График зависимости вероятности безотказной работы от времени

Расчет области нормальной работы устройства

Расчет АЧХ и ФЧХ реальной и идеальной систем с параметрами R1 и R3

Расчет будем вести используя параметры:

R3=10000 Ом

R1=50000 Ом

С= 0,000001 Ф

Rвх= 1000000 Ом

Коу= 30000

Рисунок 6.1 - График амплитудно-частотной характеристики идеального и реального устройства.

Рисунок 6.1 - График фазово-частотной характеристики идеального и реального устройства.

-область нормальной работы найденная по АЧХ

-область нормальной работы найденная по ФЧХ

Область нормальной работы устройства начинается с

Инструкция по эксплуатации

Общие сведения

Разработанное функциональное электронное устройство представляет собой реальное дифференциальное звено.

Прибор предназначен для использования лабораторных и производственных условиях.

Хранение устройства

Длительное хранение устройства должно осуществляться в отапливаемых, хорошо вентилируемых помещениях при температуре от плюс 10 °С до плюс 55 °С, и относительной влажности не более 80%. В воздухе помещений не должно быть пыли, а также газов и паров, вызывающих коррозию.

Условия эксплуатации

Устройство рассчитано на работу при температуре от минус 10 °С до плюс 50 °С и относительной влажности до 80%.

Монтаж устройства

Установка собранного и предварительно отлаженного устройства производится при отключённом напряжении питания. Устройство крепится в требуемом месте на 4-х винтах.

Настройка устройства

Переменным резистором R1 установить требуемый коэффициент усиления устройства, а переменным резистором R3 - постоянную времени дифференцирования.

Заключение

Полученное устройство можно применять в качестве регулятора с настраиваемыми параметрами Т и К.

В данной работе были изучены возможные схемы использования операционных усилителей, а также получение с помощью них стандартных звеньев.


Подобные документы

  • Разработка схемы электрической принципиальной. Выбор номиналов резисторов, конденсаторов и усилителя. Расчет полосового фильтра. Статистический анализ схемы фильтра (анализ Монте-Карло), обоснование допусков на номиналы. Конструирование платы фильтра.

    курсовая работа [741,2 K], добавлен 14.01.2016

  • Анализ электрической принципиальной схемы и выбор элементной базы. Выбор резисторов, конденсаторов, транзисторов и печатной платы. Конструкторско-технологический расчет печатной платы. Конструкторские расчеты печатного узла. Расчет теплового режима.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 28.02.2013

  • Обзор литературы по усилителям мощности. Описание электрической схемы проектируемого устройства - усилителя переменного тока. Разработка схемы вторичного источника питания. Выбор и расчет элементов схемы электронного устройства и источника питания.

    реферат [491,0 K], добавлен 28.12.2014

  • Разработка структурной и принципиальной схемы устройства. Расчет двухкаскадной схемы усилителя низкой частоты с использованием полевого и биполярного транзисторов. Выбор навесных элементов и определение конфигурации пленочных элементов усилителя частоты.

    курсовая работа [220,7 K], добавлен 22.03.2014

  • Значение анемометра как метеорологического устройства, применение его для измерения и определения скорости ветра. Разработка функциональной схемы устройства. Выбор элементов и их статический расчет. Разработка принципиальной схемы. Описание конструкции.

    контрольная работа [670,6 K], добавлен 16.09.2017

  • Характеристика активных фильтров, требования, предъявляемые к ним. Разработка принципиальной схемы полосового фильтра. Анализ технического задания и синтез схемы устройства. Реализация фильтра Баттерворта. Выбор элементов схемы и операционного усилителя.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.12.2015

  • Технические характеристики и условия эксплуатации отладочной платы. Осуществление патентного поиска. Выбор конденсаторов, резисторов, светодиодов, транзисторов, микроконтроллера. Расчет надежности устройства. Технология изготовления печатной платы.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.06.2012

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.