43258

Разработка и расчет законченного электронного устройства

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Датчиком температуры описываемого прибора служит кремниевый диод. При этом используется линейная зависимость паления напряжения на нем от температуры при фиксированном прямом токе смешения. Температурный коэффициент напряжения (ТКН) для кремниевых диодов практически постоянен в диапазоне -60...+ 100°С и составляет -2...-2,5 мВ/°С — в зависимости от типа диода и значения тока смешения. Как показали исследования, практически любой кремниевый диод или транзистор может быть использован как линейный температурный преобразователь в диапазоне от -55-С до+125°С.

Русский

2013-11-04

669 KB

6 чел.

Министерство образования Российской Федерации

Сибирский государственный технологический университет

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра электротехники

Курсовая работа

Промышленная электроника

Вариант 75

 (ЭТ.220301.075.ПЗ)

Руководитель:

____________В.В. Меньшиков

 (подпись)

_______________________

(оценка, дата)

Разработал:

студент группы 23-1

____________А.С. Колотов

(подпись)

_______________________

(дата)

Министерство образования Российской Федерации

Сибирский государственный технологический университет

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра электротехники

Учебная дисциплина: Электротехника

Задание на курсовой проект (работу)

Тема: Разработка и расчет законченного электронного устройства

1. Проектирование усилительного устройства.

2. Разработка цифрового узла.

3. Проектирование источника питания.

Студент: Колотов А.С. группа 23-1

Дата выдачи: «__»_________200_г.

Срок выполнения:______________

Руководитель: Меньшиков В.В.


1. Исходные данные (Усилительная часть):

Ег,

В

Rг,

кОм

Rн,

Ом

Pн,

Вт

Тип фильтра

Тип аппроксимации фильтра

Порядок фильтра

fс,

Гц

2

100

10

1,5

ФВЧ

Бесселя

4

350

2. Исходные данные (Цифровая часть):

Наименование устройства – цифровой термометр

Диапазон измерения: -50…+120°С

Количество знаков в индикаторе: 3,5

Вид светового индикатора: светодиод

Руководитель:______________

(подпись)

Задание принял к исполнению:

__________________________

(подпись)

Реферат

Курсовая работа по электронике выполняется по разделу курса "Промышленная электроника". Она включает разработку и расчёт законченного электрического устройства с целью закрепления теоретических знаний по ряду разделов курса электротехники, полученных во время предыдущего обучения.

Курсовая работа включает в себя 3 части:

1.        Проектирование усилительной части устройства с активным фильтром и усилителем мощности.

2.         Разработка цифрового узла, функционально связанного с усилительной частью.

3.        Выбор и расчёт блока питания всей схемы.

Назначение усилительного устройства и его структура определены техническим заданием. Задача — выбрать оптимальный вариант реализации заданной структуры и рассчитать его элементы.

Структура цифровой части, за исключением ряда параметров, не оговаривается, что даёт возможность творчески решать поставленную задачу.

Структуру и характеристики блока питания определяют после разработки усилительной и цифровой части.

Данная курсовая работа содержит листов 21 текста и 9 рисунков.

Содержание

[1] Задание на курсовой проект (работу)

[2] Реферат

[3]
1. Проектирование усилительного устройства

[3.1] 1.1 Структурная схема усилителя

[3.2] 1.2 Определение основных параметров усилителя

[3.3]
1.3 Выбор схемы входного каскада

[3.4] 1.4 Выбор схемы и расчёт параметров активного фильтра

[3.5]
1.5 Выбор схемы и расчёт параметров усилителя мощности

[4]
2 Проектирование источника питания

[4.1] 2.1 Расчёт стабилизатора

[4.2] 2.2 Расчёт выпрямителя

[4.3] 2.3 Расчёт силового трансформатора

[5]
3 Разработка цифрового узла

[6] Заключение

[7]
Библиографический список

[8] Приложение


1. Проектирование усилительного устройства

1.1 Структурная схема усилителя

Рисунок 1 – структурная схема усилителя

1.2 Определение основных параметров усилителя

Входное сопротивление усилителя выбираем так, чтобы  Rвх >> Rг. Практически – Rвх=(10 – 100)* Rг, возьмем Rвх в 10 раз больше Rг.

Rвх = 10*100=1мОм

Общий коэффициент усиления Ku определяем по формуле

(В)

(А)


1.3 Выбор схемы входного каскада

Rг =100кОм, Rг >10кОм => выбираем схему неинвертирующего усилителя

Рисунок 2 – Схема неинвертирующего усилителя на ОУ

- коэффициент усиления каскада

На входном каскаде усиливать не надо т.к. => 100% обратная связь.

 

1.4 Выбор схемы и расчёт параметров активного фильтра

Фильтр – это электрические устройства, предназначенные для передачи сигналов в определенной области частот.

 В данной курсовой применяется фильтр высоких частот, тип аппроксимации фильтра Бесселя, порядок фильтра 4.

Рисунок 3 – схема активного фильтра

Расчёт параметров активного фильтра

Исходными данными для расчёта фильтра верхних частот являются:

частота среза : fC = 350 Гц;

коэффициенты аппроксимации (справочные данные):

а) b1 = 5,7924, c1 = 9,1401;

б) b2 = 4,2076, c2 = 11,4880.

Рассчитываем ёмкость конденсатора по следующей формуле:

,                                                  

нФ.

2. Определяем остальные параметры фильтра высоких частот по следующим соотношениям:

,

кОм.

 

,  

кОм.

,

кОм.

,

кОм.


1.5 Выбор схемы и расчёт параметров усилителя мощности

Рисунок 4 – схема усилителя мощности

Расчетная мощность больше номинальной на величину потерь в эмиттерных резисторах   

Напряжение источника питания

,

где для кремниевых транзисторов

Амплитуда тока коллектора транзисторов оконечного каскада

Среднее значение тока, потребляемого от источника питания

Мощность, рассеиваемая на коллекторе выходного транзистора

Выбор транзисторов проводим с учетом условий:

 

Предельные эксплуатационные данные транзисторов КТ814Б, КТ815Б:

Предельные эксплуатационные данные транзисторов КТ502А, КТ503А:

Выберем диоды: Д102

Uобр=50 В

I=30 A


Исходя из Iн и Uип выбираем ОУ:

Эксплуатационные данные ОУ К140УД6:

Рисунок 5– Операционный усилитель К140УД6


2 Проектирование источника питания

Источник питания состоит из силового трансформатора, выпрямителей, сглаживающих фильтров и во многих случаях – стабилизаторов напряжения (или тока)

2.1 Расчёт стабилизатора

Эксплуатационные данные интегрального стабилизатора напряжения K142EH4:

Минимальное входное напряжение стабилизатора:

2.2 Расчёт выпрямителя

Рисунок 6 – схема мостового выпрямителя


Сопротивление трансформатора:

- плотность тока в обмотках трансформатора

- магнитная индукция в сердечнике

- расчетный коэффициент

Среднее значение тока через вентиль:

Амплитуда обратного напряжения на вентиле:

Эксплуатационные данные диода Д226:

Сопротивление вентиля:

,

где  - прямое падение напряжения на диоде

,

где  - внутреннее сопротивление выпрямителя

- число фаз трансформатора

2.3 Расчёт силового трансформатора

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

Коэффициент трансформации:

Ток первичной обмотки трансформатора:

Составляющая тока первичной обмотки трансформатора:

,

где  - ток вторичной обмотки трансформатора

Максимальный ток через вентиль:

Действующее значение тока через вентиль:

Габаритная мощность трансформатора:

,

где  - габаритная мощность трансформатора

- КПД

По габаритной мощности трансформатора выбираем магнитопровод.

Сечение стержня сердечника:

Ширина стержня:

Произведение сечения стержня сердечника на площадь окна:

- коэффициент заполнения окна медью

- коэффициент заполнения сталью площади стержня магнитоповода

Магнитопровод ШЛ20´32:

Рисунок 7 – Магнитопровод ШЛ20´32

Число витков в первичной обмотке:

- падение напряжения в обмотках трансформатора

Число витков во вторичной обмотке:

- падение напряжения в обмотках трансформатора

Диаметры проводов обмоток трансформатора:


3 Разработка цифрового узла

Датчиком температуры описываемого прибора служит кремниевый диод. При этом используется линейная зависимость паления напряжения на нем от температуры при фиксированном прямом токе смешения. Температурный коэффициент напряжения (ТКН) для кремниевых диодов практически постоянен в диапазоне -60...+ 100°С и составляет -2...-2,5 мВ/°С — в зависимости от типа диода и значения тока смешения. Как показали исследования, практически любой кремниевый диод или транзистор может быть использован как линейный температурный преобразователь в диапазоне от -55-С до+125°С.

Основные технические характеристики термометра:

Интервал измеряемой температуры, °С.....,.„.-50...-120

Разрешающая способность, °С......О,1

Погрешность измерения, °С:

на краях рабочего интервала.....±0,7

в средней части рабочего интервала, не хуже................. ±0,3

Диапазон изменения температуры окружающего воздуха, °С.......0...50

Напряжение источника питания, В ... .9

Потребляемый ток, мА, не более.... 1,5

Датчик термометра, функцию которого выполняет диод VD1, питается от источника тока, выполненного на полевом транзисторе VT1. С анода датчика сигнал, линейно зависящий от измеряемой температуры, через фильтр помех R5C1 поступает на вывод 30 инвертирующего входа микросхемы DD1 (поскольку ТКН диодного датчика отрицателен).

В качестве источника стабильного напряжения, питающего цепи, определяющие точность термометра, используется разность напряжений между выводами 1 и 32 DD1, которая поддерживается внутренним стабилизатором АЦП на уровне 2,8 ± 0,4В. Температурный коэффициент этой разности напряжений равен примерно 10”4-К ~' [6]. Чтобы свести к минимуму влияние этого ТКН на процесс измерения, в прибор введен еще один источник тока — на транзисторе VT2. Он питает подстроенные резисторы R3 и R4, служаюшне для калибровки термометра.

Истопником питания прибора может быть батарея "Корунд" или аккумуляторная батарея 7Д-0.125. Работоспособность термометра и все его параметры сохраняются при снижении напряжения источника питания до 6,8 В.Конструкция датчики температуры зависит от используемого диода. Для диода КД102А она может быть заимствована из [7]. Резисторы RI и R2 лучше взять типа С2-29В; подстроечные R3 и R4 — СП5-2, остальные—МЛТ-0,125, Конденсаторы СЗ и С4 - K71-5, К72-9, K73-16; Сб -оксидный К52-16; остальные могут быть любого типа.

Перед установкой транзисторов VT1 и VT2 желательно найти их термостабильные рабочие точки. Для этого транзистор вместе с резистором между затвором и стоком нужно подключить через миллиамперметр к источнику стабилизированного напряжения 2,8В и изменить температуру транзистора, касаясь его корпуса сначала горячим, затем холодным металлическим предметом. Подбором резистора добиться наименьшего изменения тока стока в диапазоне температуры 0...50°С. Номиналы подбираемых резисторов R1 и R2 могут значительно отличаться от указанных на схеме. Ток стока транзисторов VT1 и VT2 должен быть в пределах 200...300 мкА.

В домашних условиях настраивать термометр удобнее всего по температуре таяния льда и кипения воды. Предварительно движок резистора R3 следует установить в положение, соответствующее напряжению на нем 0,57...0,6В, а движок резистора R4 — 0,21 ...0,23В. Измеряя датчиком температуру воды тающего льда, установите резистором R3 нулевые показания индикатора прибора. Затем, поместив датчик в кипящую воду, резистором R4 устанавливают показания, равные температуре кипения воды при данном атмосферном давлении. Такую процедуру настройки следует повторить несколько раз.

Если термометр не предполагается использовать в условиях значительных колебаний температуры окружающего воздуха, то без особого ущерба для точности измерений можно исключить источник тока VT2R2. А если и интервал измеряемых температур будет значительно уже, чем указанный в технических характеристиках, то можно исключить и источник тока VT1R1. При замене их резисторами сопротивлением 6,2 кОм режим работы прибора (токи через датчик VD1 и резисторы R3, R4) практически не изменится. Такое упрощение термометра вполне приемлемо для измерения, например, температуры воздуха внутри жилого помещения. Можно также значительно (в 10... 15 раз) увеличить сопротивление этих резисторов, но тогда придется пропорционально увеличить и сопротивление подстроенных резисторов R3, R4.

Экспериментируя с термометром, не следует забывать, что неточность в выборе режимов транзисторов VTI, VT2 ухудшает его стабильность работы значительно больше, чем при замене их резисторами.

Заключение

По результатам курсовой работы было спроектировано и рассчитано усилительное устройство, блок питания, цифровое устройство.

Были получены теоретические и практические навыки в разработке и проектировании аналоговых и цифровых электронных устройств.


Библиографический список

1. В. С. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. -Л.: Энергоатомиздат, 1988.-304 с.

2. М. С. Лурье. Промышленная электроника. Аналоговые устройства промышленной электроники. - Красноярск.: КГТА, 1996. - 180 с.

3. М. С. Лурье, Б. И. Черкасов, Л. А. Епрева. Промышленная электроника: Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальностей и направлений 2103, 5502, 0305 дневной и заочной формы обучения. - Красноярск.: КГТА, 1995. - 48 с.

4. СТП СибГТУ 3.4.205-01. Требования к оформлению графических работ; СибГТУ. – Красноярск, 2001. –52 с.

5. СТП СибГТУ 3.4.204-01. Требования к оформлению текстовых документов; СибГТУ. – Красноярск, 2001. –52 с.


Приложение

Итоговая схема усилительного устройства

VD1, VD2 – Д102

VT1 – КТ814Б

VT2 – КТ815Б 

VT3 – КТ502А

 VT4 – КТ503А

ОУ К140УД6


Итоговая схема цифрового термометра

VD1 – КД102А

 VT1 – КП103И

 VT2 – КП103И

 


Итоговая схема блока питания

VD1-VD8 – Д226


Пояснительная записка

   Утв.

Проверил       Меньшиков В.В.

Разработал     Колотов А.С.

СибГТУ

гр. 23-1

19

У

 Лит

2

 Листов

ЭТ.220301.075.ПЗ

 Дата

Подпись

        №  документа

 Лист

Изм.

Лист

ЭТ.220301.075.ПЗ

3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

4

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

5

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

R1

>

Uвх

Uвых

Рн

Rн

Ег

Rг

УМ

ВК

АФ

Rн

-Uп

RД2

RД1

VD2

VD1

RЭ2

VT4

VT3

VT2

DA

+Uп

VT1

R3

R2

RЭ1

10 к

-Uп

3

7

5

4

1

6

NC

NC NCNC

+U

-U

+Uп

2

ЭТ.220301.075.ПЗ

10

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

11

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

9

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

8

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

7

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

19

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

6

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

C0

I0

I2

U2

U1

VD1-VD4

I1

ЭТ.220301.075.ПЗ

13

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

12

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

14

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

a

h

a

b

b

c

ЭТ.220301.075.ПЗ

15

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

17

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

16

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ЭТ.220301.075.ПЗ

18

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Uвх

R1

NC

NC

+U

-U

+Uп

-Uп

4

7

5

1

6

2

R1

+U

-U

4

7

5

1

6

2

Rн

R7

R6

R1

+U

-U

4

7

5

1

6

2

 3

RЭ1

R8

VT1

+Uп

VT2

VT3

VT4

RЭ2

VD1

VD2

RД1

RД2

-Uп

R1

+U

-U

4

7

5

1

6

2

3

NC

NC

-Uп

+Uп

С1

С2

R2

R3

3

R4

R5

+Uп

-Uп

С3

С4

NC

NC

3

NC

NC

-Uп

+Uп

АЛС321Б

G

F

E

D

C

B

A

2g

4g

3g

4e

1c

4b

4a

4f

3d

4c

3b

3a

3f

3e

4d

3c

2b

2a

1g

2f

2e

2d

2c

G

C

B

G

F

E

D

C

B

A

G

F

E

D

C

B

A

G

F

E

D

C

B

A

HL 4

HL 3

HL 2

HL 1

14

9

3

14

9

3

14

9

3

14

9

3

11

2

7

8

10

13

1

11

2

7

8

10

13

1

11

2

7

8

10

13

1

11

10

13

20

19

3

16

24

15

18

17

22

12

11

10

9

14

13

25

5

4

3

2

8

6

7

DD1 КР572ПВ2А

-Uп

28

30

CАК

R8

CГ

RCГ

RГ

Cинт

Rинт

Cобр

Cобр

-Uобр

-UА

+Uвх

+Uп

29

31

32

36

-Uвх

+Uобр

С2

GB1  9B

SA1

R6

С4

С3

R7

R5

R1

VT2

VT1

34

С1

R2

33

1

35

38

40

27

39

С5

С6

R4

R3

VD1

К142EH4

-Uвх

+Uвх

I0

I2

U2

VD5-VD8

К142EH4

I0

I2

U2

U1

VD1-VD4

I1

С0

С1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42148. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ 110 KB
  Экспериментальная проверка линейной зависимости тока от напряжения I = f U электросопротивления от длины цилиндрического проводника R = f  и расчет удельного сопротивления проводника. Если внутри проводника создано электрическое поле то каждый электрон ускоряется в течение времени свободного пробега . 5 Рассмотрим цилиндрический участок проводника постоянного сечения dS и длиной udt. Это векторная величина совпадающая по направлению со скоростью упорядоченного...
42149. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗАРЯДА И РАЗРЯДА КОНДЕНСАТОРА 202.53 KB
  Изучение закономерностей заряда и разряда конденсатора.магазина сопротивлений МС магазин емкостей MEисточник питания ИП звуковой генератор ГЗ электронный осциллограф блок с конденсаторами. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Принципиальная электрическая схема для наблюдения процессов заряда и разряда конденсатора изображена на рис.
42150. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА 2.06 MB
  ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Назначение электронного осциллографа. Универсальные измерительные приборы предназначенные для исследования электронных процессов с помощью графического их воспроизведения на экране электроннолучевой трубки называются электронными осциллографами. Высокая чувствительность осциллографа позволяет изучать очень слабые колебания напряжения а большое входное сопротивление исключает влияние осциллографа на режим цепей к которым он подключается.
42151. СЛОЖЕНИЕ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ 18.75 MB
  Под сложением колебаний понимают нахождение закона описывающего колебания системы в тех случаях когда эта система одновременно участвует в нескольких колебательных процессах. Различают два предельных случая: сложение колебаний одинакового направления и сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Сложение двух одинаково направленных гармонических колебаний.
42152. ИЗУЧЕНИЕ РЕЛАКСАЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА 107.5 KB
  Если напряжение на электродах лампы U меньше напряжения зажигания потенциал зажигания U3 т. В этом случае сопротивление лампы RЛ бесконечно велико. Идеализированная вольтамперная характеристика неоновой лампы имеет вид представленный на рис. Связь между током лампы и напряжением как это видно из графика может быть линейной и записана в виде: ...
42153. МНОЖЕСТВЕННАЯ ЛИНЕЙНАЯ РЕГРЕССИЯ 360.5 KB
  Линейная модель множественной регрессии выглядит следующим образом: Y = β0 β1x1 β2x2 βkxk ε где Y – зависимая переменная результативный признак; x1xk – независимые или объясняющие переменные; 0 1 k – коэффициенты регрессии;  – ошибка регрессии. Общая последовательность построения множественной линейной регрессионной модели следующая: Оценка параметров уравнения; Оценка качества регрессии; Проверка на мультиколлинеарность ее исключение; Проверка на гетероскедастичность коррекция на...
42154. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ ТАНГЕНС – ГАЛЬВАНОМЕТРА 102.5 KB
  Цель работы определение одного из элементов земного магнетизма – горизонтальной составляющей Н0 магнитного поля Земли с помощью тангенс – гальванометра. В точках Земли лежащих на магнитных полюсах напряженность магнитного поля Земли имеет вертикальное направление. В любой другой точке Земли напряженность ее магнитного поля можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие: Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с помощью магнитометра или магнитной стрелки.
42155. СНЯТИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА И КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА 82 KB
  Величины Н и В можно определить зная величину напряжений вызывающих отклонение электронного луча на одно деление по осям Х и Y при данном усилении: где координаты петли гистерезиса в единицах координатной сетки kx ky – коэффициенты пропорциональности определяемые для каждого осциллографа. Величина этой энергии приходящейся на единицу объема образца w определяется в координатах в виде w = BdH и равняется...
42156. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ КЮРИ ФЕРРОМАГНЕТИКА 60.5 KB
  Менделеева обладают железо никель кобальт некоторые редкоземельные металлы а также их сплавы причем эти вещества проявляют ферромагнитные свойства лишь при температурах ниже некоторой определенной для каждого элемента или сплава температуры называемой точкой Кюри. Температура Кюри равна например 7700С для железа 3580С для никеля 11300С для кобальта 160С для гадолиния 1680С для диспрозия. При более высокой температуре и в самой точке Кюри вследствие теплового движения атомов в ферромагнетиках разрушается магнитный порядок и они...