48747

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

На те блоки структурной схемы, которые должны быть спроектированы, в соответствующих таблицах заданы исходные данные, а для остальных блоков должны быть выбраны только принципиальные или функциональные схемы и дано описание их работы.

Русский

2013-12-14

1.28 MB

9 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗАВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальный авиационный университет

Кафедра вычислительной техники

КУРСОВАЯ РАБОТА

Пояснительная записка

Тема: РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА

Проектировал Терлецкий Олег

                                                                       

                                                                      Руководитель Коцюр А. Б.

                                                                    Консультант Коцюр А. Б.

Киев 2004

Содержание

  1.  Задание.
  2.  Расчет автоколебательного мультивибратора.
  3.  Расчет заторможенного мультивибратора.
  4.  Выбор триггеров.
  5.  Расчет стабилизатора постоянного напряжения.
  6.  Расчет ключа на биполярном транзисторе.
  7.  Расчет схемы сопряжения.
  8.  Расчет суммирующего счетчика.
  9.  Синтез КС.
  10.  Список литературы.
  11.  Спецификация.
  12.  Схема устройства №2.
  13.  Временная диаграмма.

Проектирование автоматического устройства подсчёта количества импульсов:

Задачами курсового проектирования являются:

- систематизация и закрепления практических знаний в области “Компьютерной электроники”.

- развитие навыков самостоятельной творческой работы;

- овладение грамотным и лаконичным изложением результатов своей работы в пояснительной записке.

В задании на курсовую работу приводится структурная схема устройства и описание её функционирования.

На те блоки структурной схемы, которые должны быть спроектированы, в соответствующих таблицах заданы исходные данные, а для остальных блоков должны быть выбраны только принципиальные или функциональные схемы и дано описание их работы.

Таким образом, после выбора принципиальных блоков (расчёта некоторых из них), входящих в структурную схему, необходимо разработать общую принципиальную схему всего устройства и его временную диаграмму. Кроме того, принципиальная схема, выполненная по ГОСТ.

Второе устройство, вариант №10                                                                             Таблица 1.

Мультивибратор

на  ИЛЭ

Заторможенный

мультивибратор

на  ИЛЭ

Стабилизатор

схемы

tU1    мкс

Uпф/Uзф

T,

мкс

tU2,

мкс

Uпф/Uзф

UВЫХ,

В

IН.СТ, мА

δU,

%

3

0,77

7

2

0,79

5

151

0,1

Ключ на биполярном транзисторе

Серия ИС

Двоичный

Суммирующий

счетчик

tИК,

мкс

U2,

В

Eб,

В

t0MAX, град

tФ,

мкс

СН,

пф

K1

K2

51

7

1,5

50

5

5

К155

54

86

В таблице использованы следующие обозначения:

tU1 – длительность выходных импульсов автоколебательного мультивибратора;

UПФ – напряжение переднего фронта выходных импульсов мультивибратора;

UЗФ – напряжение заднего фронта выходных импульсов мультивибратора;

T – период повторения выходных импульсов мультивибратора;

tU2 – длительность выходных импульсов заторможенного мультивибратора;

K – коэффициент пересчета двоичного счетчика K=2n, где n – количество разрядов счетчика;

UВЫХ – выходное напряжение стабилизатора;

IН.СТ – ток нагрузки стабилизатора;

δU – коэффициент нестабильности по напряжению стабилизатора;

tИК – длительность выходного импульса ключа;

U2 – амплитуда выходного импульса;

Eб – напряжение базового смещения;

t0MAX максимальная температура окружающей среды;

tФ – фронт выходных импульсов;

СН – емкость нагрузки ключа;

Автоматическое устройство 2.

В структурную схему входят следующие функциональные блоки:

1 – Заторможенный мультивибратор ЗМ;

2,3 – JK-триггеры, составляющие двухразрядный суммирующий счетчик;

4 – RS-триггер;

5 – электронный ключ на биполярном транзисторе;

6 – схема сопряжения ключа со схемой включения стабилизатора постоянного напряжения;

7 – двоичный суммирующий счетчик, с помощью которого необходимо подсчитать указанное в задании количество импульсов;

8,9  комбинационные схемы, через которые содержимое двоичного счетчика передаётся на комбинационную схему КС4 или схему КС5;

10,11 – комбинационные схемы, определяющие, какое количество импульсов должен подсчитать двоичный счетчик;

12 – комбинационная схема, вырабатывающая сигнал сброса RS – триггера 4;

13 – комбинационная схема, вырабатывающая сигнал сброса “R” JK-триггеров 2-3;

14 – комбинационная схема КС6, управляющая передачей содержимого счетчика на выходную шину данных BD;

15 – автоколебательный мультивибратор АМ;

16 – стабилизатор постоянного напряжения, подающий напряжение питания мультивибратора;

17 – блок питания автоматического устройства.

    Согласно заданию курсового проекта в проектировании будут использоваться логические элементы К155, которые обладают следующими параметрами:

  1.  , мА – (-1,6);
  2.  , мА – 0,04;
  3.  , В – 4,2;
  4.  , В – не меньше 2,4;
  5.  , В – не больше 0,4;
  6.  , В – 1,5;
  7.  , В – 0,5
  8.  , кОм – 10;
  9.  , Ом – 200;
  10.   K  раз – 10;
  11.   , В – 5,5;
  12.   , В – (-0,4);
  13.   , МГц – 15;
  14.    – 5;  
  15.   Диапазоны рабочих температур – (-60°…+125°).

Автоматическое устройство 2 должно под управлением внешнего запускающего сигнала сгенерировать последовательность прямоугольных импульсов с заданными параметрами. Количество импульсов в серии зависит от того четный или нечетный по счету запускающий импульс. Результат работы устройства может быть выведен на схему индикации, или на какое либо другое исполнительное устройство через шину данных BD.

Устройство работает следующим образом. При включении автоматического устройства блок питания 17 подает питающее напряжение на все функциональные узлы схемы, кроме автоколебательного мультивибратора. При этом триггеры 2,3,4 сигналом включения устройства устанавливаются в нулевое состояние. Входной запускающий импульс с произвольной длительностью и амплитудой (не менее 2,4 В) запускает заторможенный мультивибратор 1, который своим выходным импульсом с заданной длительностью и амплитудой переключает JK-триггер (блок 2) и RS-триггер (блок 4) в единичное состояние. Кроме того, запускающий импульс должен установить все триггеры двоичного счетчика 7 в нулевое исходное состояние. Как только RS-триггер переключится в единичное состояние, его выходной сигнал Q=1 включает ключ, на выходе которого снимается напряжение Uк=0В. Это напряжение через схему сопряжения 6 подается на вход стабилизатора напряжения 9 и включает его. Выходное напряжение стабилизатора Uст=5В подается на мультивибратор, и он начинает генерировать прямоугольные импульсы, которые подсчитываются счетчиком 7. Так как на JK-триггерах хранится двоичный код 01, то комбинационная схема КС2 будет передавать двоичный n-разрядный код на вход КС4. При этом КС3 не пропускает этот код счетчика на КС5. Как только содержимое счетчика станет равным числу К1, указанному в задании, комбинационная схема КС4 вырабатывает единичный сигнал управления, который через схему «ИЛИ» (блок 12) переводит RS-триггер в нулевое состояние ключ (блок 5) закрывается и на выходе электронного ключа напряжение Uк становится равным напряжению питания ключа Ек, которое задано. Схема сопряжения 6 делит это напряжение до +2В и подает на вывод 9 выключения стабилизатора 16. Напряжение питания мультивибратора отключается, и он перестает генерировать прямоугольные импульсы. После этого содержимое двоичного счетчика через комбинационную схему КС6 передается на выходную шину данных устройства и автоматическое устройство фиксируется в таком состоянии до прихода следующего управляющего импульса. Следующий запускающий импульс переводит JK-триггеры в состояние 10, RS-триггер в состояние 1 и гасит счетчик в нулевое состояние. Электронный ключ включается, включается стабилизатор питания мультивибратора 16, на вход счетчика снова поступают импульсы, а его состояние анализируется теперь комбинационной схемой КС5. Как только количество импульсов станет равным числу К2 (установленном в задании) КС5 вырабатывает единичный управляющий сигнал, который через КС8 переводит RS-триггер в нулевое состояние и через КС7 (схему «И-НЕ») переводит JK-триггеры в нулевое состояние. Содержимое счетчика через КС6 опять передается на выходную шину данных BD и устройство снова ждет следующего запускающего импульса. Эти циклические процессы будут повторяться до тех пор, пока не будет выключен блок питания 17.

Структурная схема устройства приведена на рисунке 1.

Автоколебательный мультивибратор.

    Краткие теоретические сведения. При условии, что нет жестких требований к стабильности параметров прямоугольных импульсов, в качестве их генераторов может использоваться мультивибратор. Мультивибраторы подразделяются на 2 основных вида: автоколебательный, заторможенный. Первый генерирует последовательность прямоугольных импульсов с заданной длительностью, амплитудой и частотой повторения. Мультивибраторы могут строиться на базе специальных ИС, на базе логических ИС, операционных усилителей.

    Преимущества ИЛЭ и ТТЛ:

  •  высокое быстродействие;
  •  относительно малое потребление энергии;
  •  высокие нагрузочные способности, которые обеспечиваются малым выходным сопротивлением сложного выходного инвертора;

Принципиальная схема автоколебательного мультивибратора на ИЛЭ И-НЕ ТТЛ приведена ниже:

Рис.2 Принципиальная схема автоколебательного мультивибратора.

    Данный мультивибратор построен на двух инверторах (DD1.1 и DD1.2), двух резисторах R1, R2 и двух конденсаторах C1, C2, которые выполняют функцию времязадающих элементов. Временная диаграмма работы автоколебательного мультивибратора приведена на рисунке 3.

Рис. 3 Временная диаграмма работы автоколебательного мультивибратора.

При работе мультивибратора в автоколебательном режиме инверторы DD1.1 и DD1.2 поочередно находятся в единичном и нулевом состояниях. Время  пребывания инвертора в нулевом или единичном состоянии определяется временем заряда одного из  конденсаторов C1 или С2. Если ИЛЭ DD1.1 находится в единичном состоянии, а DD1.2 в нулевом, то конденсатор C1 заряжен током, протекающим через выход ИЛЭ DD1.1 и резистор R1. По мере заряда конденсатора C1 входное напряжение Uвх2  инвертора DD1.2 уменьшается по экспоненциальному закону с постоянной времени 1, стремясь к нулевому уровню. Когда напряжение Uвх2 достигает порогового напряжения  ниже, которого дальнейшее уменьшение входного напряжения приводит к уменьшению выходного напряжения инвертора ТТЛ, в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, при котором состояние элементов DD1.1 и DD1.2 изменяются на противоположные. Скачкообразное уменьшение выходного напряжения Uвых1 ИЛЭ DD1.1 вызывает уменьшение выходного напряжения Uвых2, что приводит к быстрому разряду конденсатора C1, а затем к его перезарядке входным вытекающим током ИЛЭ DD1.2 через резистор R1. Входное напряжение Uвх2 при этом возрастает до значения Uвх(tu), определяемого моментом окончания процесса заряда конденсатора C2 с постоянной времени 2 в противоположной ветви мультивибратора.

Таким образом, процессы периодически повторяются и на выходах ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 формируется два изменяющихся в противофазе импульсных напряжения  с длительностями tu1 и tu2. На рисунке 3, представлена временная диаграмма работы автоколебательного мультивибратора.

Расчет.

Рассчитаем максимальное допустимое значение резистора:

Тогда

Рассчитаем минимальное допустимое значение резистора:

Тогда

Чтобы найти значение сопротивления, используем формулу:

Тогда

Из этого следует, что для резисторов R1 и R2 мы выбираем резистор из стандартного ряда E24. R1=R2=680 Ом±5%.

Следующим шагом будет расчет мощности резисторов:

P = U2/R = 52/680 = 0,036 (Вт)

Тип резисторов МЛТ – 0,125 – 680±5%(Ом).

Длительность импульсов на выходе:

tU2 = Т - tU1

tU2 = 7 – 3 = 4мкс

Следовательно, мультивибратор несимметричный. Рассчитаем С1 и С2 по формулам:

tU1(R1+Rвых1)C1ln(((R1+Rвых1)Un0+Eвых1R1)/(R1+Rвых1)Un1)  

выбираем ближайшее значение емкости для конденсаторов из стандартного ряда Е24:

3,6 нФ±5% 

Выбираем К50-18-3,6 нФ ± 5%

tU2(R2+Rвых1)C2ln(((R2+Rвых1)Un0+Eвых1R2)/(R2+Rвых1)Un1)  

выбираем ближайшее значение емкости для конденсаторов из стандартного ряда Е24:

5,1 нФ±5%.

Выбираем К50-18-5,1 нФ + 5%

Скважность генерируемых импульсов:

Q = 1+ tU2/tU1

Q = 1+ 4/3 = 2,3

Заторможенный мультивибратор.

Краткие теоретические сведения. Заторможенный мультивибратор предназначен для формирования прямоугольного импульса с заданной амплитудой и длительностью в ответ на один запускающий импульс. Заторможенные мультивибраторы можно получать из соответствующих автоколебательных мультивибраторов путем замены одной из ветвей резистивно-емкостной обратной связи цепью запуска. Длительность импульса запуска, с одной стороны, должна быть достаточной для переключения ИЛЭ, т.е. больше суммарной задержки их переключения. С другой стороны, длительности формируемого импульса tu. В противном случае мультивибратор во время действия запускающего импульса будет в неопределенном состоянии.

Принципиальная схема заторможенного мультивибратора изображена на рисунке 4.

Временная диаграмма работы заторможенного мультивибратора приведена на рисунке 5.

Рис.4 Принципиальная схема заторможенного мультивибратора.

Заторможенный мультивибратор с резистивно-емкостной обратной связью на ИЛЭ И-НЕ получается из автоколебательного мультивибратора путем исключения, конденсатора C2 и резистора R2.

Рис.5 Временная диаграмма работы заторможенного мультивибратора.

При этом исключенная резистивно-емкостная обратная связь заменяется непосредственной связью выхода ИЛЭ DD1.4 с одним из входов DD1.3.

Запускающие импульсы отрицательной полярности с амплитудой Uвх  Eвых подается на свободный от триггерного включения вход ИЛЭ DD1.3. В исходном состоянии ИЛЭ DD1.3 и DD1.4 находятся в нулевом и единичном состояниях соответственно. Под действием запускающего импульса логические элементы начинают изменять свое состояние на противоположенные, времязадающий конденсатор начинает заряжаться через выход  ИЛЭ DD1.3 и резистор R.

Напряжение Uвх2 на выходе ИЛЭ DD1.4, при этом экспоненциально изменяется от Emax, стремясь к нулю. Формирование рабочего импульса с длительностью tu заканчивается при Uвх2(tu)= . Т.к. дальнейшее уменьшение входного напряжения приводит к увеличению выходного напряжения ИЛЭ DD1.4. При t>t2 в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, по окончанию которого ИЛЭ возвращается в исходные состояния, а напряжение Uвх2 уменьшается скачком от до (-). Далее мультивибратор в два этапа возвращается в исходное состояние.

Расчет.

Находим значение времязадающего резистора:

Тогда

Из этого следует, что мы выбираем резистор из стандартного ряда E24. R=750 Ом±5%.

Рассчитаем мощность резистора:

P = U2/R = 52/750 = 0,033 (Вт)

Тип резистора МЛТ – 0,125 – 750±5%(Ом).

Рассчитаем емкость:

tU=(R+Rвых1)Cln(((R+Rвых1)(R||Rвх1)Iвх1+Eвых1R)/(R+Rвых1)Uвх1)

выбираем ближайшее значение емкости для конденсаторов из стандартного ряда Е24:

2,0 нФ±5%.

Выбираем К50-20-2 нФ 5%.   

 

Выбор ИЛЭ и триггеров.

Выбираем ИЛЭ. В серии К155 есть микросхема К155ЛА3 с 4 элементами И-НЕ на 2 входа. УГО К155ЛА3  и назначение выводов приведены на рис.6.

Условное графическое обозначение:

Рис.6 Условное графическое обозначение К155ЛА3

Электрические параметры К155ЛА3:

Таблица 2

1.

Номинальное напряжение питания  

5 В  

2.

Выходное напряжение низкого уровня  

не более 0,4 В

3.

Выходное напряжение высокого уровня  

не менее 2,4 В

4.

Входной ток низкого уровня  

не более -1,6 мА

5.

Входной ток высокого уровня  

не более 0,04 мА

6.

Входной пробивной ток

не более 1 мА

7.

Ток короткого замыкания

-18...-55 мА

8.

Ток потребления при низком уровне выходного напряжения

не более 22 мА

9.

Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения

не более 8 мА

10.

Потребляемая статическая мощность на один логический

элемент

не более 19,7 мВт

11.

Время задержки распространения при включении  

не более 15 нс

12.

Время задержки распространения при выключении  

не более 22 нс

                                                      

Триггеры Т1и Т2.

В качестве триггеров Т1и Т2 будем использовать JK триггеры К155ТВ1.

Микросхема представляет собой три J-K триггера с установкой в 0 и 1. Считывание информации с входов J и K происходит во время положительного перепада на входе С, а на выходы она передается во время отрицательного перепада. наличие низкого уровня на входах R и S одновременно дает неопределенное состояние на выходах. Логические уровни на J и K не должны изменяться, пока на С высокий уровень. Если соединить выводы J и K триггер будет работать как обычный счетный (делить частоту на 2).

Условное графическое обозначение:

Рис. 7. УГО схемы К155ТВ1.

Электрические параметры:

Таблица 3

1.

Номинальное напряжение питания

5 В

2.

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,4 В

3.

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,4 В

4.

Входной ток низкого уровня

   по входам 3-5,9-11

   по входам 2,12,13

не более -1,6 мА

не более -3,2 мА

5.

Входной ток высокого уровня

не более 0,04 мА

6.

Входной пробивной ток

не более 1 мА

7.

Ток короткого замыкания

-18...-55 мА

8.

Ток потребления

не более 20 мА

9.

Потребляемая статическая мощность

не более 105 мВт

10.

Время задержки распространения при включении

не более 40 нс

11.

Время задержки распространения при выключении

не более 25 нс

12.

Тактовая частота

не более 15 мГц

В качестве инвертора будем использовать микросхему К155ЛН1.

Микросхема представляет собой шесть логических элементов НЕ

Условное графическое обозначение:

 

      Рис. 8. УГО схемы К155ЛН1.

Электрические параметры:

Таблица 4

1.

Номинальное напряжение питания

5 В

2.

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,4 В

3.

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,4 В

4.

Входной ток низкого уровня

не более -1,6 мА

5.

Входной ток высокого уровня

не более 0,04 мА

6.

Входной пробивной ток

не более 1 мА

7.

Ток потребления при низком уровне выходного напряжения

не более 33 мА

8.

Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения

не более 12 мА

9.

Потребляемая статическая мощность на один логический элемент

не более 19,7 мВт

10.

Время задержки распространения при включении

не более 15 нс

11.

Время задержки распространения при выключении

не более 22 нс

    RS – триггер.

Для RS триггера выбираем микросхему К155ТВ1, но используем S, R входы.  Для переключения такого триггера в состояние „1”  на S вход необходимо подать сигнал,  который соответствует  „0”, для чего между заторможенным  мультивибратором и „S” входом нужно поставить инвертор. Для того чтобы установить триггер в нулевое положение, на R вход мы подадим из комбинационной схемы 4 „1” – поэтому здесь также нужно поставить инвертор, поскольку R инверсный вход.

    

Стабилизатор постоянного напряжения.

    Краткие теоретические сведения. Стабилизатором постоянного напряжения называют устройство, поддерживающее автоматически напряжение с требуемой точностью в данных пределах. Схемы стабилизаторов компенсационного типа могут быть собраны на дискретных полупроводниковых приборах в микроисполнении. Во всех схемах стабилизаторов компенсационнго типа проводится сравнение фактической величины выходного напряжения с его заданной величиной, и в зависимости от величины и знака разности между ними автоматически  осуществляется корректирующее воздействие на элементы стабилизатора, направленное па уменьшение этой разности.

    Исходя из принципа действия стабилизатора, он должен иметь три вывода: вход для связи с фильтром выпрямителя, выход стабилизированного  напряжения и общий выход заземление. В схемах интегральных стабилизаторов делается несколько дополнительных выводов, с помощью которых, используя различные внешние дискретные элементы можно изменить характеристики стабилизаторов и расширить их возможности.

Принципиальная электрическая схема интегрального стабилизатора на микросхеме К142ЕН(1,2) приведена на рис.9.

На транзисторе VT2 построен эмиттерный повторитель, на VT3, VT4 дифференциальный усилитель. Эмиттерный повторитель и делитель напряжения (R1, R2) обеспечивают хорошую развязку дифференциального усилителя от источника питания опорного (эталонного) напряжения на диоде VD2. На транзисторах VT6, VT7 построен составной транзистор, выполняющий функцию регулирующего элемента. Малое выходное сопротивление составного транзистора (VT6, VT7), развязка дифференциального усилителя (VT3, VT4) от источника питания опорного напряжения (VD2) обеспечивают высокие стабилизирующие и динамические свойства стабилизатора постоянного напряжения.

Рис. 9. Принципиальная электрическая схема интегрального стабилизатора на микросхеме К142ЕН(1,2)

Транзистор VT5 служит динамической нагрузкой правого плеча дифференциального усилителя. На левый вход дифференциального усилителя (базу транзистора VT3) подается опорное напряжение, а на правый вход (базу транзистора VT4) подается напряжение пропорциональное входному. Дифференциальный усилитель вычисляет разность этих напряжений и усиливает ее. Схема содержит дополнительные элементы защиты от электрических нагрузок: по току и короткому замыканию (транзистор VT8), выключения внешним сигналом (транзистор VT9, резистор R4, диод VD3). Наличие дополнительных выводов позволяет улучшить характеристики схемы за счет имеющейся возможности подключения внешнего источника питания (выводы 4,8), дополнительного мощного транзистора, подключаемого к выводам 13,14,16, который позволяет увеличить ток нагрузки Iн>1A, фильтра шумов (выводы 2,8,12). Для нормального функционирования микросхемы стабилизатора необходимо подключить к микросхеме дополнительные внешние элементы (резисторы и конденсаторы). Выберем микросхему К142ЕН1Б. Схема включения приведена на Рис.10.

Рис. 10. Схема подключения стабилизатора К142ЕН1Б.

В связи с тем, что Ін>150 мА, то необходимо использовать схему с мощным внешним транзистором. Выберем ГТ806А, который подключается к выводам 13,4,16.(рис.11)

Рис.11. Схема включения стабилизатора К142ЕН(1,2) для увеличения выходного тока.

В соответствии с рис.11, при изменении по какой-то причине исходного напряжения часть ее через резистивный делитель R5, R6 подается на выход 12 микросхемы, где сравнивается с опорным напряжением. Выделенный сигнал усиливается дифференционным усилителем. Изменение базового тока транзистора вызывает соответствующее компенсирующее изменение на выходе 13 и напряжение на нагрузке поддерживается постоянным. В соответствии с начальными данными выбираем микросхему стабилизатора – К142ЕН1Б. При этом максимальный ток нагрузки, при котором срабатывает схема защиты, больше номинального тока нагрузки на 15мА.

К142ЕН1Б

   Электрические параметры:

Входное напряжение................................................................................9..20 В

Выходное напряжение..............................................................................3..12 В

Максимальный ток нагрузки....................................................................150мА

Ток потребления.........................................................................................4мА

Коэффициент нестабильности по напряжению.......................................0,1%

Расчет.

В стабилизаторе напряжения часть мощности источника питания теряет на интегральной схеме (ИС):

Pпотр= IH(Uвх - Uвых) + IпUвх ,

где IH – ток нагрузки, Iп=4мA – ток потерь, потребляемый стабилизатором

Для выбранной схемы, считая, что Uвх=9В, Uвых= 5B, получим:

Pпотр= 0,151*(9 - 5)+0,004*9=0,604+0,036=0,64 Вт

Сопротивление делителя напряжения находим из условия:

RД=Uвых/(1,5…3)мА=5/2*10-3=2,5*103 Ом

Резистор R6 выбираем из условия:

R6=U0n min/h21э(VT1)Iд min,

где:   U0 min – минимальное значение опорного напряжения U0n min=2В;

Iд min – минимальный ток выходного делителя напряжения (1…1,5) мА.

R6=2*103/100*1,2=16,6 Ом

R5=Rд – R6=2500-16=2,484(кОм)

Так как R5 является подстраиваемым резистором, то возьмем тип резистора: СП3-6 (пленочный композиционный), пределы номинального сопротивления для данного типа резистора составляют: 1 КОм…1 МОм. Возьмем резистор с 5% отклонением допустимого сопротивления от номинального, мощностью 0,125 Вт <  Pд. Пользуясь стандартным рядом E24 получим:

R5: СП3-6-0,125 – 5,1 КОм 5%

Резистор R4 служит для замыкания токов утечки регулирующего транзистора и выбираем в пределах 50…150 Ом, пусть R4 =100 Ом.

Величина резистора R7=2,4 кОм.

Выбираем резисторы:

R5=5,1кОм: R1 => P=U2/R=0,01 Вт     СП3-6-0,125 – 5,1 КОм 5%

R6=16,6 Ом: R6=> P=U2/R=2 Вт          МЛТ-2-16 Ом 5%

R4=100 Ом:  R4=> P=U2/R=0,25 Вт     МЛТ-0,25-100 Ом5%

R7=2,4 кОм: R7=> P=U2/R=0,002 Вт   МЛТ-0,125-2,4 кОм5%

С помощью конденсаторов С4 и С5 обеспечивается устойчивая работа микросхемы. Так как выходное напряжение равно 5В, то величина конденсатора С4=0,1 мкФ, а конденсатора С5=5,1 мкФ. Для С4 возьмем тип конденсатора К22-5 с допустимым отклонением 10%. Это стеклокерамический конденсатор. Для этого типа конденсаторов пределы номинальной емкости: 470…120000пФ, номинальное напряжение 25В. Пользуясь стандартным рядом Е24, получим:

С4: К22-5-0,1мкФ 5% -25 В

Для С5 возьмем тип конденсатора К50-6 с допустимым отклонением 5%. Это электролитический конденсатор. Для этого типа конденсаторов пределы номинальной емкости:1…10000мкФ , номинальное напряжение 25В. Пользуясь стандартным рядом Е24 получим:

С5: К50-6-5,1мкФ 5% -25 В

Электронный ключ на биполярном транзисторе.

Краткие теоретические сведения. Ключевые схемы предназначены для коммутации тока в нагрузке. Ключевой каскад содержит источник напряжения питания, нагрузочный и ключевой элементы. При одном состоянии ключевого элемента ток в цепи нагрузки минимален, при другом принимает максимальное для данной цепи значение.

В электронном ключе в качестве ключевого элемента используется транзистор.

В данной работе будет использоваться ключевой каскад с внешним источником смещения. Его принципиальная схема представлена на Рис.12.

Здесь резистор RК выполняет роль нагрузочного элемента, резисторы RС, RБ предназначены для ограничения тока базы транзистора.

Рис.12. Ключевой каскад с внешним источником смещения.

При нулевом или небольшом положительном значении входного сигнала транзистор ключевого каскада заперт, при появлении достаточно большого положительного напряжения – насыщен.

Входной сигнал, управляющий работой ключа, может быть однополярным.

Расчет. 

Данные, указанные в задании к курсовому проекту:

tи.к.= 51 мкс;

U2= 7 В;

Eб=1 1.5 В;

t 0max=50 0 С;

tф= 5 мкс;

Сн=  5 пФ.

Максимальное входное напряжение равно напряжению, эквивалентному логической единице на RS – триггере:

Uвх max=E1вых=4,2 В.  

 

Напряжение источника коллекторной цепи определяется по формуле:

Eк=(1,11,4).Uвых max 

Поскольку у нас Uвых max =U2 =  7В, то возьмем Eк=9В.

Транзистор должен удовлетворять следующие условия:

  1.  UКЭ доп  ЕК
  2.  UКБ доп  Uвх.max + ЕК
  3.  

 

Выбираем транзистор 2Т382А n-p-n типа, который имеет такие параметры:

  1.  IКmax=20 мА;
  2.  UКЕ доп=10 В;
  3.  β (h21Е)=40...330;
  4.  UКБ доп=15 В;
  5.  UКЕ нас=2 В;
  6.  Tmax=125 0C;
  7.  IК нас=50.10-3 А;
  8.  CЕ=2,5 пФ;
  9.  CК=2 пФ;

10. fгр=1,8 ГГц.

Находим величины сопротивления резисторов:

RК=(EК- UКЕ нас)/ IК нас

RК=(9-2)/ 50.10-3=140 Ом

Найдем мощность резистора RК:

 P = I2К нас  RК = 250010-6150 = 0,375 Вт

Из стандартного ряда выбираем резистор RК=R12 - МЛТ - 0,5 - 150 Ом 5%

RБEсм/IК max

RБ1,5/20.10-3=75 Ом

P = I2К max  RБ = 40010-675 = 0,03 Вт

Из стандартного ряда выбираем резистор RБ=R8 - МЛТ - 0,125 - 75 Ом 5%

  

В данном случае: =100

RC203,88 Ом

P = I2вх max  RБ = 16510-675 = 0,0123 Вт

Вибираем из ряда E24: Rс=R9 - МЛТ - 0,125 - 200 Ом 5%

Далее идет расчет времени переходных процессов при переключении ключа. Время включения состоит из времени задержки и времени длительности фронта. В данном случае пусть время задержки будет равно 0 тогда: tвкл=tзад+tфр, tвкл=0+5=5мкс. Время выключения состоит из времени розсасывания и времени среза: tвык= tрозс+ tср.

t=3.RК . КН)

— постоянная времени в режиме насыщения;

=(0,71,5) ., но , где =(0+1) .

/0

0 — коэффициент передачи по току транзистора при постоянном токе. 0=IК/IЕ= IК/(IК- IБ)=

0=

0=0,9969/(1-0,9969)322

θβ =(β0+1) θα

=(322+1) . 8,8.10-11=2,8.10-8

=1,3 . 2,8.10-8=3,7.10-8

 

tср=3.RК . КН)=3.150 . (2.10-12 +5.10-12)=3,2.10-9=3,2 нс.

tвикл= tрозс+ tср=0,11 нс+3,2нс=3,31 нс.

Расчет схемы сопряжения.

В качестве схемы сопряжения мы будем использовать делитель напряжения, это связано с тем, что на стабилизатор надо подать напряжение +2В, а выходное напряжение ключа – 8В.

                               Рис.13. Делитель напряжения.

Пусть R11=1 кОм. Вычислим значение R10:

Найдем мощность R10 и R11:

Выберем в качестве R10 и R11 резисторы типа МЛТ, мощностью 0,125 Вт, с максимальным отклонением от номинала 5%. Пользуясь стандартным рядом Е24:

R10: МЛТ - 0,125 – 2,4 кОм 5%

R11: МЛТ - 0,125 - 1 кОм %

Двоичный суммирующий счетчик.

Теоретические сведения. Счетчиком называется функциональный типовой узел ЭВМ, предназначенный для счета входных импульсов. Каждый входной импульс изменяет состояние счетчика, которое сохраняется до поступления следующего считываемого сигнала.

Счетчики классифицируются по следующим признакам:

  1.  способу кодирования

                  - позиционные

                  - непозиционные

  1.  модулю счета

                  - двоичные

                  - десятичные

                  - с произвольным модулем

                  - с постоянным модулем

                  - с переменным модулем

  1.  направлению счета

                  - простые (суммирующие, вычитающие)

                  - реверсивные

  1.  по способу организации межразрядных связей

                   - с последовательным переносом (заемом)

                   - с параллельным переносом (заемом)

                   - с комбинированным заемом

  1.  типу используемых триггеров

                   - Т, JK, D в счетном режиме

  1.  элементному базису

                    - потенциальные

                    - импульсные

                    - потенциально-импульсные

Межразрядные связи обеспечивают выработку сигналов переноса в старшие разряды при суммировании и сигналов заема при вычитании. В счетчиках с последовательным переносом триггеры переключаются поочередно, после каждого входного импульса в направлении от младших разрядов к старшим. Такие счетчики называются асинхронными.  В счетчиках с параллельным переносом триггеры переключаются одновременно, после каждого входного импульса. Такие счетчики называются  параллельными или синхронными.

Разработка счетчика:

Исходные данные:

К1 = 54(10);

К2 = 86(10).

Представим ДО1 и ДО2 в двоичной системе:

К1 = 54(10) = 110110 (2)

К2 = 86(10)  = 1010110 (2)

Проанализируем серию К155, и выберем ИС К155ИЕ7, с коэффициентом пересчета

К= 24 = 16.

Микросхема представляет собой четырехразрядный двоичный реверсивный счетчик. Содержит 276 интегральных элементов. Ее условно-графическое обозначение приведено на Рис.14.

Рис.14. УГО К155ИЕ7

1 - вход информационный D2;

2 - выход второго разряда Q2;

3 - выход первого разряда Q1;

4 - вход "обратный счет";

5 - вход "прямой счет";

6 - выход третьего разряда Q3;

7 - выход четвертого разряда Q4;

8 - общий;

Приведем основные параметры данной ИС:

Рис.15. Временная диаграмма К155ИЕ7.

Iпот.  102 мА

U0вых.  0,4В

U1вых.  2,4В

t10здр.  24 нс

t01здр.  24 нс

Kраз. = 10

Так как оба коэффициента пересчета больше 16, то нужно использовать две пересчетные схемы, таким образом коэффициенты пересчета могут достигать 255. Схема последовательного включения двух счетчиков приведена на рис.16.

Рис.16. Схема последовательного включения.

3.8 Разработка комбинационных схем

 Синтез КС4.

Схема должна функционировать по закону, который задается двоичным эквивалентом определенного числа импульсов, которое и должен подсчитать счетчик.

Т.к К1 = 54(10) = 110110 (2), то КС4 должен иметь 6 входов. Составим таблицу истинности:

Таблица 5

X6

X5

X4

X3

X2

X1

F(x)

1

1

0

1

1

0

1

Запишем эту функцию в СДНФ:

Преобразуем это выражение так, чтобы можно было представить его на элементах К155ЛА2:

Так же для представления функции необходимо иметь три инвертора, в качестве которых можно использовать К155ЛН1.

Описание микросхем:

Микросхема К155ЛН1:

Электрические параметры:

1.Номинальное напряжение питания..............................................................................5 В

2.Исходное напряжение низкого уровня не более ........................................................0,4 В

3.Исходное напряжение высокого уровня не менее...................................................... 2,4 В

4.Входной ток низкого уровня не более .......................................................................-1,6 мА

5.Входной ток высокого уровня не более...................................................................... 0,04 мА

6.Входной пробивной ток не более ................................................................................1 мА

7.Ток потребление при низком уровне исходного напряжения не более ...................33 мА

8.Ток потребление при высоком уровне исходного напряжения не более..................12 мА

9.Потребляемая статическая мощность на один логический элемент не более ........19,7 мВт

10.Время задержки распространения при включении не более ...................................15 нс

11.Время задержки распространения при выключении не более................................. 22 нс

На рис.17 изображено условное графическое обозначение  ИС К155ЛН1.

           Рис. 17.

Микросхема К155ЛА2:

Микросхема представляет собой логический элемент 8И-НЕ.

Условное графическое обозначение микросхемы К155ЛА2 приведено на рис.18.

Рис.18.

Электрические параметры:

1.Номинальное напряжение питания........................................................................5 В

2.Исходное напряжение низкого уровня не более ..................................................0,4 В

3.Исходное напряжение высокого уровня не менее ...............................................2,4 В

4.Входной ток низкого уровня не более ..................................................................-1,6 мА

5.Входной ток высокого уровня не более ................................................................0,04 мА

6.Входной пробивной ток не более ..........................................................................1 мА

7.Ток короткого замыкания .......................................................................................-18...-55 мА

8.Ток потребления при низком уровне исходного напряжения не более ..............6 мА

9.Ток потребления при высоком уровне исходного напряжения не более ...........2 мА

10.Потребляемая статическая мощность не более ...................................................21 мВт

11.Время задержки распространения при включении не более ..............................15 нс

12.Время задержки распространения при выключении не более ...........................22 нс

Полученная логика реализуется на схеме:

Синтез КС5.

Схема должна функционировать по закону, который задается двоичным эквивалентом определенного числа импульсов, которое и должен подсчитать счетчик.

Т.к К2 = 86(10)  = 1010110 (2), то КС5 должен иметь 7 входов. Построим таблицу истинности:

Таблица 6

X7

X6

X5

X4

X3

X2

X1

F(x)

1

0

1

0

1

1

0

1

Запишем эту функцию в СДНФ:

Преобразуем это выражение так, чтобы можно было представить его на элементах К155ЛА2:

Так же для представления функции необходимо иметь три инвертора, в качестве которых можно использовать К155ЛН1.

Полученная логика реализуется на схеме:

                         

Синтез комбинационных схем КС2, КС3, КС6.

КС2 и КС3 обрабатывают сигнал со счетчика и передают его на КС4 и КС5 (соответственно). КС6 должна пропускать сигнал со счетчика на BD. КС2 и КС3 работают при условии, что JK триггер находится в единичном состоянии, а КС6 – если с КС8 приходит логическая единица.

Для синтеза данных КС используем ИС К115ЛИ1 (4 ЛЭ 2И).

Условное графическое обозначение микросхемы К155ЛИ1 приведено на рис.19.

 

           Рис.19.

Электрические параметры:

1. Номинальное напряжение питания .............................................................................5 В

2. Выходное напряжение низкого уровня не более ......................................................0,4 В

3. Выходное напряжение высокого уровня не менее.....................................................2,4 В

4. Входной ток низкого уровня не более .......................................................................-1,6 мА

5. Входной ток высокого уровня не более .....................................................................0,04 мА

6. Входной пробивной ток не более ...............................................................................1 мА

7. Ток потребления при низком уровне выходного напряжения не более .................33 мА

8. Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения не более ...............21 мА

9. Потребляемая статическая мощность на один логический элемент не более .......35,4 мВт

10. Время задержки распространения при включении не более .................................19 нс

11. Время задержки распространения при выключении не более ..............................27 нс

Комбинационные схемы: а) КС2; б) КС3; в) КС6.

Синтез комбинационной схемы  КС7.

Комбинационная схема КС7 представляет собой схему И, так как генерирует логическую единицу, если на него поступают сигналы от КС5 и Т2 одновременно, что является сигналом к завершению пересчета, то есть переключения триггеров Т1 и Т2 в „0”.Для данной КС используем один элемент И из микросхемы ИС К115ЛИ1.

 

Синтез комбинационной схемы КС8.

КС8 формирует сигнал на выходе при поступлении на него сигнала с КС4 или с КС5, то есть он является элементом ИЛЭ ИЛИ интегральной схемы К155ЛЛ1. Микросхема представляет собой четыре логических элемента 2ИЛИ.

Условное графическое обозначение микросхемы К155ЛЛ1 приведено на рис.20.

 

  1.  

                      Рис. 20.

Электрические параметры:

1. Номинальное напряжение питания……………………………………….…… 5 В

2. Выходное напряжение низкого уровня не более……………………………… 0,4 В

3. Выходное напряжение высокого уровня не менее……………………….…… 2,4 В

4.Входной ток низкого уровня не более …………………………………………-1,6 мА

5. Входной ток высокого уровня не более……………………………………...… 0,04 мА

6. Входной пробивной ток не более ……………………………………………….1 мА

7. Ток потребления при низком уровне выходного напряжения не более ……...38 мА

8. Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения не более …....22 мА

9. Потребляемая статическая мощность на один логический элемент не более 39,4 мВт

10. Время задержки распространения при включении не более ……………...…22 нс

11. Время задержки распространения при выключении не более ………………15 нс

 

Список использованной литературы.

  1.  Андрєєв В.І., Жуков І.А. “Проектування електронної апаратури з використанням інтегральних схем”. Методичні вказівки по курсовому та дипломному проектуванню для студентів спеціальностей 7.091401 “Комп’ютеризовані системи обробки інформації та управління”, 7.091501 “Комп’ютерні системи та мережі” — К.: НАУ, 2001. — 48 с.
  2.  Андрєєв В.И., Корченко А.Г. “Компьютерная электроника”. Методические указания, контрольне задания и задание на курсовую работу для студентов заочного факультета специальности 7. 091501 “Компьютерные системы и сети” — К.: КМУГА, 1999. — 48 с.
  3.  Борисов В.Г. “Юный радиолюбитель” — М.: Энергия, 1979. — 478 с.
  4.  Программа – справочник по цифровым логическим микросхемам «Logic». Разработчики: Шульгин О.А., Шульгина И.Б., Воробьёв А.В.
  5.  Бессонов Л.А. “Теоретические основы электротехники” — М. Высшая школа, 1978. — 528 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

56134. СПОСТЕРЕЖЕННЯ ЗА ВИСОТОЮ СОНЦЯ НАД ГОРИЗОНТОМ, ПОГОДОЮ, СЕЗОННИМИ ЗМІНАМИ В ПРИРОДІ 44.5 KB
  Дата Довжина тіні від гномона м Кут висоти Сонця Сезонні зміни у живій природі Сезонні зміни у неживій природі 23 вересня 1036 43о Частина листя жовтіє опадають окремі листки Середньодобова температура повітря різко знижується 23 жовтня 1382...
56139. Церемонія нагородження номінантів шкільної премії «Сова» 170.5 KB
  Ведучий: Добрий день вельмишановні гості Ми раді щиро вітати вас на нашому святі Ведуча: Коли настає весна і на вулицях з’являються перші весняні квіти в кожному домі в селі і в місті відзначається велике свято -– Міжнародний день -– 8 березня.
56140. Об организации математического развития младших школьников как одного из звеньев модернизации начальной школы 288.5 KB
  Самоанализ и анализ урока математики 10. Анализ урока информатики курс А. Анализ урока с позиций развивающего обучения УМК Перспективная начальная школа Об организации математического развития младших школьников как одного из звеньев модернизации начальной школы Математика один из сложных но и один из любимых предметов учащихся начальных классов.; сосредоточить в классе разнообразные материалы для счета и манипулирования совокупности предметов которые могут демонстрировать отношения между элементами множеств...
56141. СОВРЕМЕННЫЙ УРОК РУССКОГО ЯЗЫКА В НАЧАЛЬНОЙ ШКОЛЕ 310.5 KB
  Целевая установка учителя на безошибочное письмо. Реализуется последовательной работой по предупреждению возможных ошибок учащихся на всех этапах обучения: при устном анализе текста подлежащего записи в процессе письма и после написания работы.