На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Разработка частотомера

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 12.10.2012. Сдан: 2010. Страниц: 11. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


                                     

 

       Техническое задание

 
   Разработать измерительный усилитель с источником питания и устройством измерения  частоты входного сигнала 

   Параметры усилителя:
   Коэффициент усиления тока                                                      20
   Нижняя  граница диапазона частот, Гц                                      50
   Верхняя граница диапазона частот, Гц                                     10000
   Максимальная  погрешность коэффициента усиления
   тока  в рабочем диапазоне частот не более, %                           0.2                                                    
   Диапазон  значений выходного тока усилителя, Im мА            -15…+15
   Входное сопротивление, Ом                                                       0.1
   Погрешность входного сопротивления, %                                1.5
   Минимально  допустимое выходное сопротивление, Ом        10000
   Время индикации частоты, с                                                        5
   Разрядность цифрового индикатора частоты                             5
   Уровни  напряжений a,b,c,d, В                                                      0; 15
 

Введение

 
   Особенностью  проектирования аналоговых электронных  устройств является то, что одинаково  правомерны различные подходы и  разная последовательность проведения операций расчета. При этом требуемые характеристики могут быть получены при использовании различных структурных схем, а также при других параметрах элементов в идентичных схемах.
   Основной  тенденцией в проектировании современных  электронных устройств является широкое использование типовых электронных функциональных микроузлов – интегральных микросхем. Когда заданные в технических условиях параметры и характеристики невозможно обеспечить с помощью интегральных микросхем, следует дополнить их схемами, выполненными на дискретных компонентах. Экономически целесообразным может оказаться разработка специальных микросхем частного применения, которые дадут возможность получить требуемых характеристики преобразования [3]. 
 

 

                                           1.БЛОК-СХЕМА ПРИБОРА 

   рис1. Блок-схема прибора
   Прибор  состоит из 5 основных блоков:
 1) Электронный  усилитель тока
 2) Частотомер  с индикатором
 3) Вторичный  источник напряжения электропитания
 4)Электронный  аналоговый ключ
 5) Логический блок        
      На вход прибора подается аналоговый синусоидальный сигнал от внешнего источника. Усилитель тока усиливает сигнал в К 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 логического блока: если сигнал логического блока равен «1» то ключ переключает выходной сигнал на выход 1, если «0» то на выход 2. На вход логического блока подается 4 сигнала a,b,c,d, в зависимости от которых решается логическое уравнение  и на выходе блока формируется сигнал «1» или «0». Частотомер, подключенный на выход усилителя тока измеряет частоту усиливаемого сигнала, преобразуя синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы. Блок питания обеспечивает схему прибора нужными напряжениями.

                                 2. Проектирование измерительного усилителя

2.1Выбор структурной схемы усилителя

 
   Если  в техническом условии на проектирование содержатся специальные требования, относящиеся к входной или  выходной цепям, то данные требования легче всего удовлетворить в случае, когда в структуре усилителя имеется специальные входные и выходные части. Так как основным средством получения требуемых параметров является введение цепей обратной связи (ОС), то входная и выходная части могут представлять собой самостоятельные усилители, охваченные местной обратной связью.
   Так как произведение коэффициентов  усиления входной и выходной частей обычно меньше требуемого, то между  ними вводится промежуточная часть  – она обеспечивает получение необходимого коэффициента усиления и представляет собой электронный усилитель [3].
Структурная схема усилителя представлена на рис.2.

рис.2 Структурная схема [3]
   где 1,5,8 – линейные сравнивающие (вычитающие) устройства;
   2,6,9 – электронные усилители;
   3,7,10 – цепи обратной связи;
   4 – разделительная цепь, не пропускающая  постоянную составляющую.

      2.2 Проектирование усилителя

 
   В проектируемом мною усилителе входное сопротивление должно быть 0,1 Ом с погрешностью 1,5%. Заданное значение входного сопротивления можно получить с помощью цепи ОС, вводимую в типовые аналоговые электронные функциональные узлы. Промежуточную  часть выполним на основе интегрального ОУ 140УД26 с параметрами и АЧХ, приведенными в приложении А. 

                                  2.2.1 Проектирование входной части усилителя 

   Коэффициент усиления тока можно найти по формуле:
    ,                                                       (1)
   Зная  из технического задания коэффициент  усиления тока Ki и требуемый выходной ток Iвых, определяем входной ток Iвх по формуле:
    ,                                      (2)
   Ток Iвх, проходя через R4 создает на нем падение напряжения Uвх, равное:
    ,                              (3)
   Входная часть является преобразователем ток-напряжение. Зная входное и выходное напряжение, определим коэффициент усиления напряжения, который обеспечим в промежуточном каскаде:
    ,                              (4)
    ,                                (5) [2]
                                         
                            2.2.2. Проектирование промежуточной части усилителя 

   Чтобы обеспечить требуемый коэффициент усиления, возьмем 4 каскада, построенных на ОУ 140УД26 (приложение А), с коэффициентами усиления Кu1 = 16, Ku2 =  Ku3 = Ku4 = 50. Разбиение промежуточной части на каскады целесообразно для уменьшения погрешности усиления и коэффициента частотных искажений.

рис.4 Входная и промежуточная части
   Усилительные каскады выполняют так, чтобы входное сопротивление последующего каскада было во много раз больше предыдущего Резистор R3 вводится для уменьшения дифференциального постоянного сигнала, появляющегося на входе микросхемы при температурных изменениях токов; таким образом, последующий каскад оказывает минимальное влияние на параметры предыдущего. Для ОУ 140УД26 минимальное сопротивление нагрузки 2 кОм; исходя из этого условия и опираясь на номинальный ряд и учитывая требуемые усиления для каждого каскада, подберем резисторы [3].
   Для первого каскада:
R5 = 10 кОм;   R7 = R5? Ku1 = 160 кОм;    R6 = R5||R7 = 10 кОм                               [2]
   Для второго каскада:
R10 = 10 кОм;   R13 = R10? Ku2 = 500 кОм;    R11 = R10||R13 = 10 кОм                        [2]
   Для третьего каскада:
R15 = 10 кОм;   R17 = R15? Ku3 = 500кОм;    R16 = R15||R17 = 10 кОм                        [2]
     Для четвертого каскада:
R20 = 10 кОм;   R22 = R20? Ku4 = 500кОм;    R21 = R20||R22 = 10 кОм                        [2]
   Из  технического задания оценим допустимое изменение входного сопротивления:
= 0,0015 Ом,                                       (6)
   Для проведения подстройки электрических  режимов усилителей используем подстроечные резисторы R8, R14, R19, R23, R30, R32 типа С5 – 6 [2, 7].
     Из ЛАЧХ ОУ 140УД26 найдем значение  коэффициента усиления на граничных частотах: Kyu(jwн)=65,11 дБ=1801.11;
                                Kyu(jwв)=115 дБ=562341.33, 

  Рассчитаем коэффициент частотных искажений: 

   Для коэффициента усиления, равного 50:
= 0.0196,                                         (7) [7]
= 0.98,                                            (8) [2]
= --48,63,                               (9) [2]
= --48.61,                      (10) [2]
= 1.0004,                              (11) [3]
   Для коэффициента усиления, равного 16:
= 0.0588,                                   (12) [7]
= 0.941,                                     (13) [2]
= --15.85,                       (14) [2]
= --15.85,                   (15) [2]
= 1                                    (16) [3] 

   Общий коэффициент частотных искажений:
                             (17) [3]
   Можно сделать вывод о том, что погрешность  коэффициента усиления в рабочем  диапазоне частот не превышает требуемой  погрешности 0.2%. 

                              
 

2.2.3.Проектирование выходной части усилителя 

     В качестве выходного каскада, обеспечивающего выходное сопротивление не менее 10 кОм, выберем схему с высоким сопротивлением за счет положительной обратной связи, снимаемой по току. Схема выходной части приведена на рис. 5.

   рис. 5 Выходная часть [3]

   Высокое выходное сопротивление обеспечивается следующим образом.

   Если  Rн = 0, то ПОС отсутствует и ток в выходной цепи равен:
    ,                                      (18) [3]
где K(j?) – коэффициент усиления ОУ при подаче напряжения на инвертирующий вход.
,                            (19) [3] 

   При идеализированном ОУ:
    ,                                    (20) [3]
   Для того чтобы при Rн ? 0 ток оставался неизменным и равным Iвых, необходимо, чтобы Uвых увеличивалось на значение Iвых * Rн. Так как цепь ПОС (резисторы R26, R29, R31) имеет коэффициент обратной связи ?, равный:
    ,                                          (21) [3]
то на инвертирующем входе ОУ будет  сигнал:
    ,                                  (22) [3]
   Коэффициент усиления напряжения, поданного на неинвертирующий вход, равен:
    ,                                 (23) [3]
   где
    ,                                           (24) [3]
   Для того чтобы получить бесконечно большое  выходное напряжение, необходимо выполнить  следующее условие:
,                (25) [3]
   или
,                                    (26) [3]
   При идеализированном ОУ уравнение (23) примет вид:
    ,                                  (27) [3]
   или
    ,                                    (28) [3]
   Вышеприведенное условие (276) закладывают как основное при проектировании подобных выходных каскадов. При его выполнении ток нагрузки не зависит от Rн и находится из уравнения (18) (идеализированный ОУ).
   При необходимости оценки частотных  погрешностей выходного каскада следует учесть, что в общем случае выходной ток необходимо находить по следующей формуле:
    ,           (29) [3]
   Используя уравнение (29), можно оценить частотные погрешности выходного каскада и найти коэффициент частотных искажений и его погрешности.
   Для приведенной схемы выходного  каскада обеспечим выполнение условия (28).
   Возьмем R25 = R28 = 20 кОм, тогда
   

   Исходя  из условия R26 = 20 кОм, возьмем R29 = R31 = 10 кОм.
   Таким образом независимо от Rн Rвых > 10 кОм.
   В качестве ОУ выбран 140УД26 с частотой единичного усиления > 20 МГц; работающий с коэффициентом передачи 1, поэтому в диапазоне заданных частот [50; 10000] Гц АЧХ не имеет искажений и расчет частотных искажений не приводится.
 

2.3.Расчет RC-цепи

 
   Для того чтобы усилитель работал  в заданном диапазоне рабочих  частот 50 – 10000 Гц используем фильтры  высоких и низких частот.

                                         

                                                               рис.6 RC-цепь [7]

 
   t=1/fн=0,02,                                                   (30)
   t=R?C,                                                       (31)
    Зададим R9=R24=10 кОм.
    Для ФВЧ частота среза рассчитывается по формуле:
     ,                                                (32),
    тогда ,                                         (33)
    Для того, чтобы звено ФВЧ не вносило  искажений в АЧХ устройства, выберем  частоту  среза значительно ниже заданной fg = fн=50 Гц.
    Выбираем  частоту среза fg1= 10 Гц.
    Подставляем численные значения:
                                      (34)
    Согласно  ряду Е24, выберем  номинал конденсатора 1.62 мкФ.
    Коэффициент частотных искажений на нижней граничной  частоте:
    =1.00001,                                         (35)
   где Kпроп=1,
    =0,9999,                              (36)
    Для ФВЧ частота среза рассчитывается по формуле:
     ,                                                 (37)
    тогда
     ,                                              (38)
    Частоту  среза возьмем fg = fв=10000 Гц.
    Подставляем численные значения:
     ,                          (39)
    Согласно  ряду Е24, выберем  номинал конденсатора 1.62 нФ.
Коэффициент частотных искажений на нижней граничной  частоте:
    =1.00001,                                       (40)
   где Kпроп=1,
    =0,9999                              (41)
 

                       3. Проектирование цифрового частотомера 

   Цифровой  частотомер для разрабатываемого прибора  должен измерять частоту сигнала  на выходе усилителя в диапазоне частот 50 - 10000 Гц и отображать её на 5-ти разрядном индикаторе,  время индикации – 5 с.
   На  Рис.7 представлена структурная схема частотомера:
   
   рис.7 Схема цифрового частотомера
   Действие  частотомера основано на подсчете числа  импульсов в течение определенного  образцового интервала времени  длительностью 1с. Синусоидальный сигнал с выхода усилителя тока подается на вход формирователя импульсов, на выходе которого формируются электрические колебания прямоугольной формы, соответствующие частоте входного сигнала, которые далее поступают на электронный ключ. Сюда же схема управления счетом подает в определенные промежутки времени импульсы длительностью 1с. На выходе электронного ключа получаются пачки импульсов, число которых подсчитывают счетчики импульсов. Далее содержимое счетчиков после подсчета высвечивается на индикаторах блока динамической индикации.
1. М – мультивибратор (генератор напряжения прямоугольной формы), построенный на интегральном таймере К1006ВИ1 (рис. 8). 

   

   рис. 8 Мультивибратор 

   В этой схеме включения конденсатор  С1 заряжается через резисторы R2 и R3 до напряжения U2=2?UП:3, а разряжается через резистор R3 до напряжения U2=UП:3.
   Длительность  зарядки конденсатора t1=0.693?(R2+R3)?C1, а длительность разряда конденсатора t2=0.693?R3?C1. Так как время индикации больше времени счета, то за время индикации примем t1, за время счета – t2
   Возьмем C1=3.3 мкФ, R3=442 кОм, R2=1760 кОм. Тогда t1= 5.036 с, t2=1,01 с.
2. Г – генератор высокочастотных импульсов (1 МГц) с высокой стабильностью частоты. Генератор выполним на кварцевом резонаторе РКТ 206 и микросхеме К155ЛИ1(рис. 9). Резистор R1=100 кОм. 
 

   

   рис. 9 Генератор высокочастотных импульсов
   Все микросхемы, используемые при проектировании частотомера выбираем из серии КМОП из-за их надежности и неприхотливости.
   Далее эти импульсы с частотой 1 МГц поступают на вход блока делителя частоты выполненном на микросхемах К176ИЕ2 (DD7, DD10, DD11, DD13, DD15, DD19) ,которые представляют собой декадные делители частоты на 10.
   Характеристики  счетчика К176ИЕ2:
   Uпит=+9 В
   Iпот=3 мкА
   U1 вых?8,2В                                                     
   U0 вых?0,3В                                                     
   t1,0 здр = 200нс                                                    
   t0,1 здр = 200нс                       
     Таким образом на выводе 5 DD7 частота импульсов равна 100000 Гц, на выводе 5 DD10 равна 10000 Гц, на выводе 5 DD11 равна 1000 Гц, и на выходе блока деления частоты (вывод 5 DD19) частота равна 1 Гц. Импульсы с частотой 1 Гц подаются на схему блока управления счетом
   
   3. Ф – формирователь образцовых интервалов времени. Предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Построен на триггере Шмитта (К561ТЛ1) , ОУ140УД26 (Приложение А), стабилитроне Д808 и диоде КД522А. Триггер Шмитта К561ТЛ1 (триггер с эмиттерной сязью) обычно используется в качестве порогового устройства, реагирующего на определенный уровень входного сигнала вне зависимости от скорости его изменения. R27=50 кОм
   

   рис.10 Формирователь
   Временные диаграммы формирователя представлены на рис.11, на которых представлены сигналы на входе, после усилителя и после триггера Шмитта.
   

   рис.11 Временная диаграмма
    4. СДИ – микросхема К490ИП1 –  счетчик, дешифратор, индикатор.  В частотомере используется 5 таких микросхем, так как верхняя граница диапазона частот – 10000 Гц, а погрешность дискретности по техническому заданию равна 1 Гц.
   

   рис.12 Графическое обозначение счетчика
   Характеристики  К490ИП1:
   Uпит=+9В
   Iпот=0,95мкА
   Uиндикации?5,25В                                                     
   5. R–C–цепочка. Предназначена для подачи на вход R СДИ кратковременных импульсов для обнуления счетчика и сброса индикатора. Время разряда конденсатора t должно быть гораздо меньше по сравнению с величиной 1/fв
   Возьмем резистор R18=50кОм. Значение конденсатора вычислим из условия: , нФ
   6. В качестве конъюнкторов в схеме использованы свободные элементы микросхем К155ЛИ1, использованных в логическом блоке (см. Проектирование логического блока) и генератора высокочастотных импульсов. В качестве инверторов использован свободный элемент микросхемы К155ЛН1, использованной в логическом блоке (см. Проектирование логического блока).
   7. При проектировании частотомера использована микросхема К155ТМ2. Микросхема содержит два независимых D-триггера (рис. 10). У каждого триггера есть входы , , , а также комплементарные выходы и . Входы и – асинхронные, потому что они работают (сбрасывают состояние триггера) независимо от сигнала на тактовом входе; активный уровень для них – низкий. Сигнал от входа передается на выходы и по положительному перепаду импульса на тактовом входе (от лог.«0» к лог.«1»).
   

   Рис.13 D – триггер К155ТМ2 
 
 

 

4. Проектирование электронного аналогового ключа 

   В устройствах электроники, автоматики и вычислительной техники для  осуществления управляемой передачи аналитической информации от датчиков к исполнительным механизмам широко используются аналоговые ключи. Основными параметрами ключа являются: коммутируемый ток Iком – ток, протекающий по открытому каналу ключа; коммутируемое напряжение Uком – максимально допустимое напряжение, прикладываемое между входом и выходом аналогового ключа; сопротивление ключа в открытом состоянии Rотк; время переключения ключа tвкл; уровни напряжений по управляющему входу (обычно управление осуществляется от цифровых логических устройств) [6].
   Исходя  из параметров разрабатываемого прибора: управляющих напряжений на выходе логического блока и выходного тока усилителя –  выберем микросхему аналогового ключа КР590КН9 (4, стр. 447 – 449), которая имеет следующие характеристики [6]:
   Uип = ±15В
   tвкл=500 нс
   Iком=20 мА
   Uком=±15В
   U1вх=4…15 В
   U0 вх=0…0,8
   Rотк=10 Ом
   На  рис. 14 представлена упрощенная физическая и структурная модели ключа:
   

   Рис.14 Структурная и физическая модели
Пока  на вход Uупр подается сигнал низкого уровня, КМОП транзистор находится в закрытом состоянии, сопротивление канала высокое. Если подать на вход Uупр высокий уровень напряжения, то транзистор откроется, сопротивление понизится и  ток утечки потечет через него. На рис. 15
представлено  условное графическое обозначение микросхемы КР590КН9:

рис.15 Графическое обозначение ключа [6]

На  выводы 4 и 5 подаются входные аналоговые сигналы, которые снимаются с 3 и 6 соответственно. На выводы 10 и 15 подаются сигналы управления ключами. К выводам 11 и 13 подается напряжение питания ±15 В. Вывод 14 подключается к общему проводу схемы.

   В зависимости от сигнала, поступившего с логического блока на управляющие выводы электронного ключа 10 и 15, сигнал снимается с вывода 3 или 6. Для того чтобы сигнал высокого уровня («логическая 1») замыкал первый ключ (выводы 4 и 15), а сигнал низкого уровня («логический 0») замыкал второй ключ (выводы 5 и 10), управляющий сигнал на второй ключ с логического блока подаем через инвертор (элемент «не»). Для реализации используем микросхему К155ЛН1 (6 элементов «не»), которая имеет следующие характеристики [6]:
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.