Расчет электронных устройств

R3 –элемент цепи обратной отрицательной связи и задаёт коэффициент усиления по напряжению;

Rг1 ,Uc1.,Rг2 ,Uc2  - Эквиваленты источников входного сигнала;

Принцип действия схемы:

Инвертирующий усилитель -представляет собой ОУ, охваченный цепью параллельной ООС по напряжению с помощью резистора R3 и R1. Входной сигнал подан на инвертирующий вход. Неинвертирующий вход заземлен через резистор R2.

Так как неинвертирующий вход ОУ заземлен и разность напряжений между входами для идеального ОУ (Rвх= ∞) принимается равной нулю, то инвертирующий вход тоже имеет нулевой потенциал относительно земли. Поэтому I1= Uвх/R1. Так как принято допущение, что входы ОУ не потребляют тока, то Iос=I1=Uвх/R1. Выходное напряжение можно найти как падение напряжения от тока Iос на резисторе Rос (т.к. потенциал точки А примерно равен нулю)

отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя

                 

                                  

Из формулы видно, что коэффициент усиления kос зависит только от отношения сопротивлений Rос/R1 и не зависит от kUо, поэтому его стабильность очень высока. Выходной сигнал сдвинут по фазе относительно входного на 180º.

В отличие от неинвертирующего усилителя входное сопротивление схемы значительно ниже и определяется сопротивлением резистора R1 (несколько кОм), то есть Rвх=R1. Большое значение коэффициента kUо ОУ позволяет обеспечить достаточное усиление и при наличии обратной связи.

 

3. Расчет схемы.

2.3.1 Рассчитаем сопротивление R1, кОм.

Для обеспечения отсутствия влияния сопротивления генератора  RG  на коэффициент усиления сопротивление R1 выбирается больше RG в 5…10 раз:

 

(2.1)

 

И округляем до стандартного значения 180 кОм

2. Рассчитаем значение сопротивления  резистора обратной отрицательной связи R3, кОм .                                                                                                           Для неинвертирующего  усилителя по коэффициенту усиления:

(2.2)

 

Выбираем

3. Значение сопротивления компенсационного резистора R2 принимаем равным значению R1:

(2.3)

 

 

2.3.4. Выберем операционный усилитель согласно следующих условий:

max{R1, R2 } <<  Rвх ОУ

Rвых ОУ << R3 << Rвх ОУ                                                                              (2.4)

Uсм доп > U∑см ОУ

Выбираем операционный усилитель К140УД17 со следующими параметрами операционного усилителя

Коэффициент усиления ;

Входное сопротивление Rвх = 60 МОм;

Выходное сопротивление Rвых = 1 кОм;

Разность входных токов ∆Iвх = 3,8 нА;

Тепловая разность входных токов нА/К;

Напряжение смещения Uсм =0,075 мВ;

Температурный дрейф напряжения смещения мкВ/К;

Напряжение питания Uпит =  í15 В.

2.3.5 Рассчитаем допустимое напряжение смещения, приведенное к входу ОУ 

Uсм доп :

,                                          (2.5)

Uвых max =13 В,

Принимаем KU2 = 0, тогда .

В

2.3.6 Рассчитаем напряжение смещения ОУ, вызванное разностью входных токов и ее тепловым дрейфом Uсмi:

,                        (2.6)

В

2.3.7. Рассчитаем напряжение  смещения, вызванное внутренним  смещением ОУ и его тепловым  дрейфом Uсмu:

;                        (2.7)

В

2.3.8 . Найдем суммарное  напряжение смещения, приложенное  между входами ОУ Uсм∑:

;                        (2.7)

 = 1,023*10-3 В ≈ 0,0102 В

 

 

2.3.9 Найдем максимально допустимую амплитуду напряжения источников сигнала, полагая, что напряжение формируется входными сигналами поровну:

		(2.12)
		(2.13)

 

 

Так как Uсм доп>, поэтому ОУ выбран правильно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Синтез логической схемы

 

3.1 Исходное задание

Логическая функция: F=   

 

3.2 Минимизация  функции 

Стоимость схемы :

  где    n –общее число координат;

            r –размерность куба;

            k –число кубов на которых функция равна 1;

            W=(5-1)+(5-2)+(5-2)+(5-1)+(5-2)+(5-2)+6=26

Принципы минимизации функции:

1. На картах Карно, там, где функция равна 1, нужно строить кубы максимальной размерности, так как чем выше размерность куба, тем меньше он стоит и тем большее число точек он покрывает.
2. Минимальное возможное число кубов максимальной размерности должно покрывать все клетки карт Карно, где функция равна 1.

 

 

 

 

 

 Составляем карту Карно, выделяем соседние минтермы и минимизируем функцию

x1x2x3   x4x5	000	010	110	100		101	111	011	001
00	1			1		1		1	1
01	1			1		1	1		1
11						1	1
10						1	1	1

Эвристический алгоритм минимизации можно записать следующим образом:

1. Построить максимальные кубы на клетках, где функция равна 1.
2. Найти клетки, которые покрываются только одним кубом (обособленные клетки или вершины куба).
3. Включить в минимальное покрытие все кубы, покрывающие обособленные клетки.
4. Удалить из рассмотрения покрытые клетки. Выбросить из рассмотрения кубы, которые покрывали что-то из выброшенных клеток, если клетки, покрываемые отбрасываемыми кубами, имеют покрытие в виде другого куба равной или большей размерности по сравнению с отбрасываемым кубом.

После минимизации функция имеет вид:

 

Её стоимость равна W=(5-3)+(5-2)+(5-2)+(5-1)+4=16

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Факторизация  минимизированной функции 

      Факторизация  покрытий:

	x0x0x	1x1x1	1x11x
x0x0x
1x1x1	µµµµµ
1x11x	µµµµµ	1µ1µµ
011x0	µµµµµ	µµ1µµ	µµ1µµ

 

 

 

 

 

 

Выбираем маскирующий куб См, имеющий максимальную стоимость. Стоимость куба определяется по формуле:

 

Для нашего случая кубами, имеющими максимальную стоимость, будут кубы:

См1=1µ1µµ

 

Для дальнейшей работы берем куб См1, так как он входит в вышеприведенную таблицу большее число раз.

В таблице отмечаем кубы, отмаскированные выбранным маскирующим кубом. Таковыми в нашем случае будут 1x1x1 и 1x11x

Покрытие F разбивается на три части. Вверху располагаются кубы, которые не покрываются маскирующим кубом. Затем записывается маскирующий куб. Под ним записываются отмаскированные кубы с прочерками на тех координатах, которые не равны µ в маскирующем кубе.

 

	1µ1µµ	x0x0x
1µ1µµ
x0x0x	µµµµµ
011x0	µµ1µµ	µµµµµ

 

См2= µµ1µµ

  

	µµ1µµ
µµ1µµ
x0x0x	µµµµµ

 

 

 

 

3.4 Построение  схемы в универсальном базисе  

 При построении схемы факторизованного покрытия руководствуемся правила:

1. Построение схемы удобно вести по факторизованному покрытию снизу вверх.
2. Любой куб, находящийся под маскирующим, реализуется в виде элемента «И», выходы которого соответствуют координатам куба, равным нулю или единице.
3. Элементы «И», соответствующие отмаскированным кубам, объединяются элементом «ИЛИ».
4. Маскирующий куб соответствует элементу «И». Его выходы образуются координатами маскирующего куба, равными нулю или еденице, и выходом элемента «ИЛИ», объединяющего отмаскированными им кубами.
5. Маскирующий куб сам может объединяться с другими кубами элементом «ИЛИ», если вместе с другими кубами он покрывается маскирующим кубом более высокого уровня.

Рисунок – Реализация факторизованного покрытия.

3.5 Перевод схемы  в универсальный базис И-НЕ

 

 

 

Рисунок – Реализация схемы в универсальном базисе И-НЕ.

Правила перехода из булевого базиса И, ИЛИ, НЕ в универсальный И-НЕ:

1. При переходе в базис И-НЕ все логические элементы заменяются на      И-НЕ.
2. Независимые выходы элементов ИЛИ инвертируются, а у элементов И остаются без изменения.
3. На выходе схемы устанавливается инвертор, если выход снимался со схемы И.

 

 

 

 

Заключение

 

Мной была выполнена курсовая работа, которая состоит из трех частей и включает расчеты усилителя напряжения на биполярном транзисторе, схемы на операционном усилителе и синтез логической функциональной схемы.

В первой части курсовой работы мы рассчитывали усилитель напряжения на БТ. Основным показателем того что усилитель выбран верно является расхождение полученного нами коэффициента усиления расчетного с заданным. В нашем случае оно составляет 5.3 % и не превышает допустимого значения. Таким образом можно сделать вывод что усилитель рассчитан верно. Кроме того, нами было подтверждено, что БТ работает в активном режиме и его класс усиления А. В заключительной части расчета мы строили нагрузочные характеристики по постоянному и переменному току, т. е. также определяли правильность расчета. Полученное графически значение Uкп сравнивали с заданным.

Во второй части был рассчитан операционный усилитель постоянного тока. Операционный усилитель рассчитан верно, об это говорит неравенство Uсм доп>.

В третей части работы был проведен синтез логической функциональной схемы. Проведя реализацию факторизованного покрытия мы получили схему, состоящую из элементов И и ИЛИ, а после преобразования в универсальный базис получили схему из элементов И-НЕ.

 

Список литературы

 

1. Александров К.К. Электротехнические чертежи и схемы. К.К. Александров, Е.Г. Кузьмина. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 288 с.
2. Арестов К.А  Основы электроники и микропроцессорной техники. – М.: Колос, 2001
3. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Э.Т. Романычевой. -2-е изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, 1989. – 448 с.
4. Резисторы: Справочник / Под ред. И.И.Четверткова и В.М.Терехова. – М.: Радио и связь, 1987. – 352 с.
5. Справочник по электрическим конденсаторам / Под ред. И.И. Четверткова и В.Ф.Смирнова. – М.: Радио и исвязь, 1983. – 576.
6. Лабораторные работы по основам промышленной электроники: О. М. Князев и др. – М.: Высшая школа., 1989
7. Методы расчета электронных схем: методические указания к курсовой работе, часть1/ Сост. В.А. Куликов, П.Н. Покоев – Ижевск: ИжГСХА, 2004.
8. Методы расчета электронных схем: методические указания к курсовой работе, часть2/ Сост. В.А. Куликов, П.Н. Покоев – Ижевск: ИжГСХА, 2004.