Расчёт схем по промышленной электронике

Некоммерческое акционерное общество

 

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра электроники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчётно-графическая работа № 1 по дисциплине

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

на тему:

" Расчёт схем по промышленной электронике "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Специальность 5В071800

электроэнергетика

 

Выполнил:

студент группы Э-12-11

Нарымбаев Ильдар

№ зачётной книжки 124068

 

Проверил:

ст. пр. Елеукулов Е.О.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                               Алматы 2014

                                               Содержание

 

Задача 1. Расчёт схемы усилителя.........................................................................3

Задача 2. Расчёт схемы и параметров низкочастотного усилителя мощности..................................................................................................................6Задача 3. Проектирование схемы восьмиразрядного регистра для микропроцессора.....................................................................................................8

Список литературы................................................................................................10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Задача 1. Расчёт схемы усилителя

 

Рассчитать параметры выбранной инвертирующей (неинвертирующей) схемы усилителя на ИМС ОУ заданного типа, которая сможет обеспечить:

- линейное  усиление входного сигнала заданной формы с амплитудой А = 401+6+8 = 415 мВ до уровня Um = 6 В с частотой 0,6 кГц

 

 

Рисунок 1 – Форма входного сигнала

 

- произвести интегрирование и дифференцирование этого сигнала

Тип ОУ – К, КР, 140УД17

Ёмкость С = 0,3 мкФ, сопротивление R = 5 кОм

 

Решение

 

Из литературы [1, 2, 6] необходимо выписать параметры и типовую схему включения заданного ОУ.

140УД17 - прецензионный  усилитель с малым напряжением  смещения и высоким коэффициентом  усиления напряжения. Имеет внутреннюю  частотную коррекцию.

Обладает отличным сочетанием параметров входных напряжений и тока шума. Предназначен для применения в высокоточных измерительных цепях с большим коэффициентом усиления.

 

 

Рисунок 2 – Схема ОУ К140УД17

 

 

 

 

  - коэффициент усиления Ку=200000

  - максимальное выходное напряжение Umax=11.5 В

  - входное напряжение дифференциальное    5 В

  - входное напряжение синфазное  10 В

  - коэффициент ослабления синфазного сигнала  96 дБ

  - напряжение питания  Еп=15 В

 

 

Рисунок 3 – Усилительная секция, собранная на инвертирующем ОУ

 

Для инвертирующей схемы линейного усилителя коэффициент усиления равен

,

 где R1 – входные сопротивление схемы;

R2 –  сопротивление цепи обратной  связи.

 

Для 140УД17:

 

 

 

Найдем : = 14,45·5=72,25 кОм

 

Постоянная времени:

 

Разложим пилообразную функцию в ряд Фурье по косинусам:

Ряд Фурье четной периодической функции f(x) с периодом 2π содержит только члены с косинусами (т.е. не содержит членов с синусами) и может включать постоянный член. Следовательно,

    

где коэффициенты ряда Фурье,

 

Достаточно оставить первые три гармоники для исключения искажения картины. В данном случае: ; T=1/f=0.0016 c.

 
=

=666()=()=(0+0+0)-(0+0+0)=0

 

Таким образом очевидно, что при использовании дифференциатора сигнал усилится в и отстанет на четверть периода, т.к. отставание sin от cos составляет четверть периода.

 

 

 

 

 

 

 

2 Задача 2. Расчёт схемы и параметров низкочастотного усилителя мощности

 

 

Разработать схему и рассчитать параметры низкочастотного усилителя мощности (УМ), предназначенного для усиления по току входного сигнала с целью выделения полной мощности Р = 5 Вт на активной нагрузке R = 3.5 Ом. В качестве предварительного усилителя применять ОУ и в качестве выходного каскада – бустерный каскад на комплементарных усилителях

 

Решение

 

Бестрансформаторные выходные каскады получили преимущественное распространение. Они позволяют осуществить непосредственную связь с нагрузкой, что дает возможность обойтись без громоздких трансформаторов и разделительных конденсаторов; имеют хорошие частотные и амплитудные характеристики; легко могут быть выполнены по интегральной технологии. Кроме того, в связи с отсутствием частотно-зависимых элементов в цепях связи между каскадами можно вводить глубокие общие отрицательные ОС как по переменному, так и по постоянному токам, что существенно улучшает характеристики преобразования всего устройства.

 Схема  УМ приведена на рисунке 4. ОУ следует включить в схему неинвертирующего усилителя. Выходной ток ОУ определяется выходным напряжением (порядка 10-12 В) и минимальным сопротивлением нагрузки (2 кОм). Этот ток не превышает 6-10 мА. В качестве выходного каскада используется двухтактная схема на составных комплементарных транзистарах: мощных КТ814 - КТ816 (КТ815 - КТ817) и маломощных КТ503, КТ502 (КТ315, КТ361). Эти транзисторы включается по схеме с общим коллектором ОК (эмиттерные повторители).

 

 

Рисунок 4 - Схема усилителя мощности

 

Мощность, выделяемая в нагрузке, определяет амплитудные значения тока и напряжения в выходной цепи:

 Отсюда:

 

Um = = = 5.9 В

 

Im = = = 1,69 А

 

 Это - максимальные значения коллекторного тока и напряжения.

 Напряжение  источника питания можно взять из учета коэффициента полезного действия транзисторного каскада в схеме с ОК, который равен 0,785. Для двухтактной схемы на комплементарных транзисторах требуется стандартный двухполярный источник питания. Коэффициент усиления по току, равный отношению тока базы выходного транзистора к выходному току ОУ, определяет общий коэффициент усиления транзисторов по току.

 

 Обратная  отрицательная связь, которая обеспечивает  стабилизацию напряжения в эмиттерных  цепях выходного каскада, создает условия:

 

 

 

где R1 – входное сопротивление (50 – 100 кОм);

 

R2 –  сопротивление цепи обратной связи.

 

 

3 Задача 3. Проектирование схемы восьмиразрядного регистра для микропроцессора

 

Спроектировать схему 8-разрядного регистра для микропроцессора, позволяющую записывать и считывать данные в последовательной и параллельной форме. Какое число будет находится в регистре после подачи управляющего числа А, если предварительно было установлено число В?

Число А выбирается как сумма 6+ последняя цифра шифра студента.

А = 6+8 = 14

 Число В выбирается как сумма 5+ сумма последних двух цифр шифра студента.

В = 5+6+8 = 19

 

Решение

 

 Регистр  можно организовать на базе D–  или JK– триггеров с включением  логических элементов между триггерами. Чтобы организовать различные  пути для прохождения данных, можно воспользоваться логической  операцией И. Более просто поставленная  задача может быть решена, если  применить ИМС сдвигающего регистра  серий 564 (561).

В качестве ИМС сдвигающего регистра серии 564 можно применить микросхему 564ИР6В (рисунок 8)

К ней подключается последовательный счётчик на микросхеме К561ИЕ10 (рисунок 6)

Рисунок 5 – последовательный счётчик на микросхеме К561ИЕ10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В качестве параллельного счётчика используется К561ЛЕ10 (рисунок 6)

Рисунок 6 – параллельный счётчик на микросхеме К561ЛЕ10

 

 

Рисунок 7 – Микросхема 564ИР6В

 

В результате получается схема, позволяющая записывать и считывать данные в последовательной и параллельной форме.

Число в регистре после подачи управляющего числа 14, если предварительно было установлено число 19, будет равно 5.

 

 

 

Список литературы

 

1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техни Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высщ.шк., 2004 792 Г
2. 2. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. – М.: Горячая линая – Телеком, 2005. – 768 с.
3. 6. Бирюков С.А. Цифровые устройства на МОП – интегральных микросхемах. – 2-е изд., переаб. и доп. – М.: Радио и связь, 1996. – 192 с.