Системотехнічне проектування

Вступ………………………………………………………………………… 3

Перелік умовних позначень, символів, одиниць і термінів……………… 6

1. Системотехнічне проектування…………………………………………. 8

1.1. Структурна схема………………………………………………………. 7

1.2. Функціональна схема…………………………………………………... 9

1.3.Формування та передача електричних інформаційних сигналів ….... 9

2. Схемотехнічне проектування……………………………………………. 10

2.1. Операційний підсилювач…………………………………………… 10

2.2. Компаратор………………………………………………………….. 11

2.3. Вибірковий підсилювач ……………………………………………. 13

2.4.Автоколивальний мультивібратор.………………………………… 14

2.5.Комутатор…………………………………………………………………..15

2.6.Генератор гармонічного сигналу…………………………………… 16

2.7.Суматор ……………………………………………………………… 17

2.8. Підсилювач потужності…………………………………………… 18

2.9. Принципова електрична схема пристрою обробки інформації... 19

Висновки…………………………………………………………………….. 24

Список використаної літератури…………………………………………... 25

Операційний підсилювач – підсилювач електричних сигналів, призначений для виконання різних операцій над аналоговими величинами при роботі схеми з негативним зворотнім зв’язком.

Коефіцієнт підсилення (К_u) – відношення приросту значення вхідної напруги до зміни диференційної напруги, що його виході.

Напруга зміщення (U_зм) – напруга, яку необхідно прикласти між входами ОП для отримання нуля на виході ОП.

Середній вхідний струм (i_вх) – середнє арифметичне значення вхідних струмів, виміряних при такій вхідній напрузі, при якій вихідна напруга ОП рівна нулю.

Коефіцієнт послаблення синфазного сигналу (K_сф) – відношення коефіцієнту підсилення диференційного сигналу К_u до коефіцієнту підсилення синфазного сигналу К_u.сф, що визначається як відношення зміни вихідної напруги до зміни синфазного сигналу, що її викликала.

Коефіцієнт впливу нестабільності джерела живлення (К_п) – відношення зміни напруги зміщення до зміни напруги одного з живлячих джерел, що її викликала.

Вхідний опір (R_вх) – відношення приросту вхідної напруги ОП до викликаної нею активної складової вихідного постійного чи змінного струму.

Частота одиничного підсилення (f_од) – частота, на якій модуль коефіцієнта підсилення ОП дорівнює одиниці.

Гранична частота (f_гр) – максимальна частота синусоїдального сигналу, при якій зберігається гарантований ефективний діапазон синусоїдальної вихідної напруги ОП.

Максимальна швидкість наростання вихідної напруги (υ) – найбільша швидкість зміни вихідної напруги ОП при поданні на його вхід імпульсу прямокутної форми максимально допустимої амплітуди.

Системотехнічне проектування

1.1. Структурна схема

Рис. 1.1.1 Структурна схема мікроелектронного пристрою обробки інформації

1.2. Функціональна схема

Рис. 1.1.2 Функціональна схема мікроелектронного пристрою обробки інформації

1.3. Формування та передача електричних інформаційних сигналів в пристрої

На вхід компаратора (1) поступає гармонічний електричний інформаційний сигнал заданої частоти f 1

На виході компаратора формуються прямокутні імпульси, частота яких співпадає з частотою вхідних сигналів, але мають значно більший спектр частот (тобто одержуєм гармонічні складові f 1, 2f 1, 3f 1, 4f 1 та ін). Таке перетворення дозволяє за допомогою вибіркового підсилювача (2) виділити третю гармонічну складову і таким чином виконати операцію: «помноження частоти».

Гармонічний сигнал частою 3f1 подається на інформаційний вхід комутатора (5), на керувальний вхід якого подаються прямокутні імпульси релаксаційного генератора (4) (мультивібратора) частотою 0.3f 1. На виході комутатора формується гармонічний сигнал частотою 3f1, промодульований прямокутним сигналом частотою 0.3f1.

Складний вихідний сигнал формується за допомогою суматора (6). Крім сигнала з виходу комутатора на вході сумотора діє гармонічний сигнал частотою 0.03f1, який формується генератором (3). Сформований на виході суматора складний сигнал подається на вхід підсилювача потужності (7).

2. Схемотехнічне проектування

Рис. 2.1.1. Принципова схема ОП 140УД601A

Компаратор

Компаратор – пристрій, який порівнює напругу на інвертуючому та неінвертуючому входах. Його часто використовують для перетворення аналогової інформації в цифрову форму. Промисловістю для цього випускаються спеціалізовані підсилювачі, однак аналогічних результатів можна добитись на базі класичного операційного підсилювача, якщо ОП має наступні властивості: великий коефіцієнт підсилення; малий зсув нульового рівня; малий час відновлення після перевантажень; висока швидкість наростання вихідної напруги.

Основним показником ОП, що працюють в імпульсному режимі, є їх швидкодія, яка оцінюється затримкою спрацьовування та часом зростання вихідної напруги.

Зобразимо схему вмикання компаратора на ОП.

Рис. 2.2.1. Компаратор на ОП 140УД2

На вхід компаратора 1 поступає гармонічний електричний інформаційний сигнал заданої частоти f 1 частотою 1 кГц.

Рис2.2.2.Схема включення компаратора в середовищі “Multisim 11”

Рис.2.2.3. Осцилограми сигналів на вході та виході компаратора

Вибірковий підсилювач

Вибіркові підсилювачі призначені для підсилення електричних сигналів у вузькій смузі частот, за межами якої підсилення набагато слабкіше або взагалі відсутнє. Є дві різновидності вибіркових підсилювачів. У перших вузька смуга пропускання забезпечується використанням паралельного LC -контуру, що має частотно-вибіркові властивості, як навантаження вихідного кола підсилювача. Оскільки контур має резонансні властивості, такі підсилювачі називають резонансними. Вибіркові підсилювачі другої різновидності використовують кола частотно-залежного зворотного зв`язку, що підкреслюють або заглушають сигнали у вузькому діапазоні частот. Це, власне, зумовлює квазірезонансний характер частотної характеристики підсилювача. Такі підсилювачі називають підсилювачами із частотно-залежним зворотним зв`язком.

Для побудови вибіркових підсилювачів на базі ОП використовують подвійний Т-подібний міст (R₁, R₂, R₃, C₁, C₂, C₃) в якості негативного зворотного зв’язку. Подвійний Т-подібний міст будується з наступними умовами: R₁ = R₂ = 2R₃ = R, C₁ = C₂ = C₃ = C. Квазірезонансна частота такого моста:

Коефіцієнт підсилення ОП при введені негативного зворотного зв’язку (НЗЗ) має наступний вигляд:

, де: - коефіцієнт підсилення без НЗЗ на частоті ω; - коефіцієнт підсилення ланки НЗЗ на частоті ω. На частоті коефіцієнт підсилення = 0. Тому на такій частоті коефіцієнт підсилення вибіркового підсилювача максимальний. На інших частотах він дуже малий. Тому на виході такого підсилювача матимемо сигнал із частотою яка дорівнює .

Нам потрібно на виході отримати частоту f_{кв.рез.=}3f₁₌27 кГц. Вибираємо значення R = 1 KОм (R₁ = 1 KОм, R₂ = 1 KОм, R₃ = 500 Ом), тоді:

Рис.7. Принципова електрична схема подвійного Т-подібного

мосту (а) та його АЧХ на екрані Bode Ploter

Рис.2.3.3.Схема включення вибіркового підсилювача в середовищі «Multisim 11»

Рис.2.3.4. Осцилограми сигналів на вході та виході вибіркового підсилювача