Задание на курсовой проект
Спроектировать электронное устройство, в состав которого входит измерительный усилитель напряжения, выходной сигнал которого подключается к одному из двух выходов устройства; устройство измерения частоты сигнала, усиливаемого усилителем; а также вторичный источник напряжения их питания. Коммутация выхода осуществляется электронным аналоговым ключом, управляемым от логического блока. Если выполняется заданное логическое уравнение, то выход усилителя подключается к выходу 1. Если уравнение не выполняется, то к выходу 2. Сигналы, управляющие логическим блоком, имеют значения a, b, c, d. Электронное устройство питается от промышленной сети U=220В±10%, 50 Гц.
Необходимо разработать структурную схему устройства, а также принципиальную, печатную и монтажные схемы функциональных блоков устройства.
Технические условия
Максимальное входное напряжение: 30 мкВ
Входное сопротивление в полосе рабочих частот: < 2 кОм
Погрешность входного сопротивления: не более 5%
Коэффициент усиления по напряжению: 500000
Нижняя граница диапазона частот усилителя: 330 Гц
Верхняя граница диапазона частот усилителя: 15000 Гц
Максимальное выходное напряжение: 15 В
Погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот: не более 4%
Максимально допустимое выходное сопротивление усилителя: 90 Ом
Приведенный температурный дрейф нуля: не более 4×10 мкВ/град
Минимальное сопротивление нагрузки: 50×10 кОм
Рабочий диапазон температур: 0 – 60 ºC
Разрядность цифрового индикатора частоты: 5 с
Время индикации частоты: 7 с
Логическое уравнение: 
Уровни напряжений a, b, c, d: 0, 20 В
Блок-схема прибора
Прибор состоит из 5 основных блоков:
· Усилитель электрического напряжения
· Частотомер
· Аналоговый электронный ключ
· Блок питания
· Логический блок
Структурная схема устройства представлена на рис.1.
Рис.1. Структурная схема устройства
На вход прибора подается аналоговый сигнал синусоидального вида от внешнего источника. Усилитель напряжения усиливает этот сигнал в КU раз и далее этот сигнал поступает на вход электронного ключа. Электронный аналоговый ключ коммутирует сигнал на выход 1 или выход 2, в зависимости от состояния выхода логического блока: если сигнал выхода логического блока равен 1, то электронный ключ переключает выходной сигнал на выход 1, если равен 0 – на выход 2. На вход логического блока подаются 4 сигнала a, b, c, d, в зависимости от которых решается логическое уравнение и на выходе логического блока формируется сигнал 0 или 1. Частотомер, подключенный на выход усилителя напряжения, измеряет частоту усиливаемого сигнала, преобразуя синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы. Блок питания обеспечивает схему прибора напряжениями: ±15 В – для питания усилителя напряжения, электронного ключа, компаратора; +5 В – для питания частотомера и логического блока, +10 В – для питания индикатора.
 |
Расчет логического блока
Логический блок данного прибора решает логическое уравнение вида:
(1)
Упростим данную функцию. По закону поглощения,
(2)
Следовательно,
(3)
Чтобы обеспечить на входе напряжение 20 В, установим на входы логического блока a, b, c делители напряжения (резисторы R1, R2, R3, R4, R5, R6). Вход d остается свободным, т.к. от уровня сигнала на нем не зависит решение уравнения.
Найдем сопротивление резисторов R1, R2, R3, R4, R5 и R6. Согласно условию,
(4)
R1=R3=R5, R2=R4=R6.
По заданию, 
=20 В. Напряжение логической единицы 
выбираем из диапазона напряжений соответствующей логики. В работе используется транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ). Выберем из диапазона напряжений логической единицы =4 В.
Значения R1, R2, R3, R4, R5, R6 подбираем по номинальному ряду Е192.
R1=R3=R5= 400 Ом, R2=R4=R6= 102 Ом.
Составим схему логического блока, который будет решать это уравнение. Схема состоит из 3 логических элементов 2И-НЕ (рис.2).
Рис.2. Схема логического блока
Составим таблицу истинности данного логического блока. Таблица истинности приведена в таблице 1.
Таблица 1. «Таблица истинности
логического блока»
| a | b | c | b*c | a+b*c |
По справочнику подбираем микросхему К155ЛА3. Структура и характеристики микросхемы приведены в Приложении А.
Проектирование усилителя электрического напряжения
Чтобы усилитель обеспечивал характеристики, требуемые техническим заданием, его необходимо разделить на три составные части: входную часть, которая будет обеспечивать требуемые входные характеристики, промежуточную часть, обеспечивающую необходимый коэффициент усиления с допустимой погрешностью, и выходную часть, которая будет задавать требуемые выходные характеристики (допустимое значение выходного напряжения, выходное сопротивление). С целью обеспечения необходимого коэффициента усиления на промежуточной части, установим на входе промежуточной части активный фильтр низких частот (ФНЧ) I порядка, а на выходе – активный фильтр высоких частот (ФВЧ) I порядка.
Структурная схема измерительного усилителя приведена на рис.3. 
Рис.3. Структурная схема измерительного усилителя
