В качестве счетчика импульсов используем микросхему CD4026E (аналог К176ИЕ4) – десятичный счетчик с дешифратором. Характеристики микросхемы указаны в Приложении Л. Схема счетчика импульсов с индикатором представлена на рис.25.
Рис.25. Схема счетчика импульсов с индикатором
Дешифратор предназначен для «зажигания» семисегментных индикаторов. Тактовая частота f подается на вывод 4. На выводах 2 и 3 выделяются последовательности с частотами соответственно f/10 и f/4. Выводы 8, 9, 10, 11, 12, 13 и 1 – это выводы для присоединения к каждому из семи сегментов цифрового индикатора HG1: от a до g соответственно. Так как индикатор светодиодный, то вывод 6 счетчика мы заземляем.
Для электролюминесцентного индикатора на этот вывод G подается модулирующая импульсная последовательность с частотой 32 или 64 кГц. Сброс показаний индикатора в нуль дается по входу R (вывод 5).
Резисторы R30…R36 на выводах 1, 8-13 уменьшают напряжение питания. Сопротивление резисторов возьмем из номинального ряда сопротивлений Е192 – 260 Ом.
В качестве индикатора используем семисегментный индикатор КИПЦ21А – 5/8К. Характеристики индикатора указаны в Приложении М. На рис.25 показана схема одного каскада. Блок индикации содержит 5 таких каскадов, последовательно соединенных между собой.
 |
8. Расчет блока питания
Блок питания должен содержать силовой стандартный трансформатор, рассчитанный на работу от промышленной сети переменного тока напряжением, равным 220В±10%, частотой 50 Гц, выпрямители для получения постоянных напряжений, необходимых для работы интегральных стабилизаторов, которые выдают необходимый набор питающих напряжений:
±15 В – для питания измерительного усилителя и электронного аналогового ключа
+5 и +10 В – для питания частотомера
+5 В – для питания логического блока.
На рис.26 изображена схема блока питания.
Рис.26. Схема блока питания
Рассчитаем мощность, потребляемую проектируемым устройством (таблица 5).
Таблица 5. «Мощности потребления элементов
проектируемого устройства»
| Микросхема | Количество | Uпит, В | Iпот, мА (для каждой микросхемы) | Pпот, мВт |
| КР140УД26 | 4,7 | 70,5 | ||
| КР590КН9 | 0,2 | |||
| К155ЛА3 | ||||
| К155ТЛ1 | ||||
| К155ЛН1 | ||||
| К155ИЕ4 | ||||
| К555ИЕ5 | 11,5 | 68,5 | ||
| К155ЛИ1 | ||||
| К555ЛЕ1 | - | |||
| К155ЛА4 | 16,5 | 82,5 | ||
| CD4026E | - | 0,0004 | ||
| КИПЦ21А – 5/8К |
Суммарный потребляемый ток данных микросхем и нагрузки усилителя
Iпот = 273,9 мА=0,2739 А.
Суммарная мощность потребления данных микросхем и нагрузки усилителя Рпот =1781,5004 мВт = 1,7815004 Вт.
Исходя из всех найденных параметров, выберем трансформатор ТПП-248-127/220-50 (рис.27) мощностью 14,5 Вт, с номинальным током во вторичных обмотках 0,165 А. Напряжение на выводах вторичных обмоток составляет 20 В (кроме выводов 19-20 и 21-22).
Характеристики трансформатора указаны в Приложении Н.
Рис.27. Схема трансформатора ТПП-248-127/220-50
Выберем для создания источника напряжения +5 В обмотку II трансформатора (вывода 11-12) с номинальным напряжением 20 В, для создания источника напряжения +10 В – обмотку III трансформатора (вывода 13-14) с номинальным напряжением 20 В, обмотки IV и IV’ (вывода 15-16 и 17-18) с номинальным напряжением 20 В – для создания источника напряжения ±15 В.
Для того, чтобы защитить блок питания от перегрева, установим на первичной обмотке трансформатора предохранитель FU1. В данной работе используется предохранитель ADAGIO 124/60 А.
В качестве выпрямителя выбираем мостовую схему, обладающую относительно небольшим обратным напряжением.
Используем блок выпрямительный КЦ407А с параметрами:
Uобр max=400 В;
I пр =500 мА;
Uпр ≤ 2В.
Выбор выпрямительного блока осуществляется по среднему выпрямительному току и амплитуде обратного напряжения для мостовой схемы:
I пр.ср = 
, (28)
где I0i – ток потребления нагрузки источника питания +5В.
Uобр max=1,5 U0i, (29)
где U0i – выпрямленное напряжение.
Максимальный ток потребления в данной схеме равен 70 мА для источника +5В; максимальное выпрямленное напряжение равно 20В для источников питания ±15В.
I пр.ср = 
мА,
Uобр max=1,5*20=30 В.
Следовательно, выпрямительный блок КЦ407А выбран правильно, и его предельные параметры обеспечивают надежную работу источника питания.
Характеристики выпрямительного блока КЦ407А указаны в Приложении О.
Для того, чтобы стабилизировать напряжение питания на вторичных обмотках трансформатора, используются стабилизаторы напряжения.
Для напряжения питания ±15 В используем стабилизатор К142ЕН6А (рис.28), для напряжений питания +5 В и +10 В – стабилизатор mA723 (рис.29).
Рис.28. Схема включения стабилизатора К142ЕН6А
Изменяя напряжение на выводе 2 интегрального стабилизатора, можно изменять выходное напряжение каждого плеча от 5 В до 25 В. Пределы регулировки для обоих плеч устанавливают резисторами R66 и R68. Следует помнить, что максимальная рассеиваемая мощность стабилизатора — 5 Вт (разумеется, при наличии теплоотвода).
R65= 1,6 кОм, R66=R68 =1 кОм, R67 =10 кОм.
С5=С6=С7=С8= 1 нФ, C9=C10= 0,047 мкФ.
Рис.28. Схема включения стабилизатора mA 723 (для напряжения питания +10 В)
Стабилизатор допускает плавное регулирование выходного напряжения в пределах от 2 до 24 В потенциометром R72. Максимальный выходной ток 1 А. Транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме Дарлингтона. Применять ее необязательно, но при таком включении легко обеспечивается коэффициент передачи тока у транзистора VT2, а также нет необходимости контролировать выходной ток микросхемы, который не должен превышать 0,15 А. Транзистор VT2 монтируется на радиаторе, а резистор R71 (сопротивлением примерно 0,6 Ом) – проволочный, изготавливается вручную. Этот резистор обеспечивает срабатывание защиты, когда выходной ток достигает примерно 1,1 А.
R65= 4,7 кОм, R70=R73 =1,5 кОм, R71 =0,6 Ом, R73 =25 кОм.
С11= 2200 мкФ, C12= 47 мкФ, C13= 0,68 мкФ, C14= 0,1 мкФ.
Аналогично, для напряжения питания +5 В (рис.29):
Рис.29. Схема включения стабилизатора mA 723 (для напряжения питания +5 В)
R74= 4,7 кОм, R75=R78 =1,5 кОм, R76 =0,6 Ом, R77 =25 кОм.
С15= 2200 мкФ, C16= 47 мкФ, C17= 0,68 мкФ, C18= 0,1 мкФ.
Конденсаторы в стабилизаторах используются для стабилизации напряжения. Характеристики стабилизаторов указаны соответственно в Приложении П и в Приложении Р.
 |
Заключение
В ходе данной курсовой работы был спроектирован измерительный усилитель, по всем параметрам отвечающий требованиям технического задания, а также разработаны логический блок, электронно-счетный частотомер и блок питания.
В схеме измерительного усилителя напряжения использованы быстродействующие прецизионные операционные усилители КР140УД26 с низким уровнем шумов и малым смещением нуля, что обеспечивает низкую погрешность.
Логический блок и элементы частотомера реализованы на цифровых микросхемах ТТЛ. Микросхемы этих типов отличает малая потребляемая мощность. Микросхемы 155 серии обеспечивают заданный уровень входных логических сигналов 0 В и 20 В за счет широкого диапозона их питания от 2 В до 4,5 В.
В источнике питания использован стандартный трансформатор ТПП 248-127/220-50, мостовой выпрямительный блок КЦ407А и интегральные стабилизаторы К142ЕН6А и mA723, что позволило использовать минимальное количество радиоэлементов.
Все элементы, использованные в курсовом проекте, отвечают техническим требованиям, как по условиям эксплуатации, так и по характеристикам быстродействия, энергопотребления и вводимых погрешностей, хотя не учтена экономическая часть, что может отразиться на высокой стоимости разработанных блоков. Характеристики и схемы включения элементов функциональных блоков устройства указаны в соответствующих им приложениях
Список литературы
1. Аналоговые измерительные устройства: Учебн.пособие / В.Г.Гусев, А.В.Мулик; УГАТУ, Уфа, 1996. 147 с.: ил.
2. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб. для вузов / В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 2004. – 790 с.: ил.
3. В.Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1987.
4. Изучение логических элементов, принципов их работы, построение простейших схем генераторов прямоугольных импульсов на их основе: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Электроника и МПТ» /УГАТУ; Сост.: Т.В. Мирина. Уфа, 2008. – 32 с.
5. Изучение различных типов триггеров, используемых в цифровой электронике: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Электроника и МПТ» /УГАТУ; Сост.: Т.В. Мирина. Уфа, 2008. – 30 с.
6. Изучение работы счетчиков, используемых в цифровой электронике: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Электроника и МПТ» /УГАТУ; Сост.: Т.В. Мирина. Уфа, 2008. – 27 с.
Интернет-ресурсы:
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%80
2. http://www.chipinfo.ru/dsheets/ic/155/la4.html
3. http://www.hard-bbs.narod.ru/radio/I7/7-8.htm
4. http://www.ovchin.narod.ru/radio/bp_cm.html
5. http://vicgain.sdot.ru/spdiod/diodvpms.htm
6. http://www.vt1.ru/mc/194.html
7. http://www.radiolibrary.ru/reference/transformers-tpp/TPP248.html
