Selector_pulse_amplitude

Содержание
Введение
3
1. Задание на курсовой проект
4
2.Описание функциональной схемы устройства
6
3. Описание принципиальной электрической схемы устройства
7
3.1. Амплитудный компаратор
7
3.2. Инвертор и ключ
11
3.3. Выходной коммутатор
13
3.4. Согласующий каскад
15
3.5. Источник питания
17
Заключение
18
Список использованной литературы
19
Приложения
А. Электрические параметры ИМС К561ТЛ2
20
Б. Электрические параметры ИМС К176ЛА7
21
В. Параметры сопротивления открытого ключа ИМС К561КТ1
22
Г. Технические параметры биполярного транзистора КТ3102А
23
Д. Технические параметры элементов источника питания
24
Перечень элементов
25
2
Введение
Во многих устройствах прикладной электроники возникают задачи
селекции (выделения) из последовательности импульсов лишь тех из них,
которые обладают определенным признаком или совокупностью признаков
(параметров).
Устройства, выполняющие такие функции, называются селекторами.
На выходе селектора сигналы должны иметь ту же форму, что и на входе.
Основными параметрами, по которым осуществляется селекция, являются
амплитуда, длительность или временное положение импульсов.
При амплитудной селекции происходит отбор импульсов, амплитуды
которых находятся в заданном диапазоне.
Селекторы импульсов по амплитуде применяются в системах связи для
декодирования информационных сигналов, в системах цифровой обработки
изображения и звука, в измерителях различных амплитудных и частотных
характеристик электрических цепей.
Разработка селектора импульсов по амплитуде и является целью
настоящей работы.
3
1. Задание на курсовой проект
Схема должна пропускать на выход входные импульсы, амплитуда
которых находится в пределах
между нижним Uпор1 и верхним Uпор2
уровнями селекции без изменения их амплитуды и длительности.
Структурная схема преобразователя приведена на рис. 1, а
временная диаграмма его работы на рис. 2. На ней указаны напряжения в
соответствующих точках структурной схемы. Входные импульсы поступают
на преобразователь с внешнего устройства. Каналом связи является
экранированная витая пара с волновым сопротивлением 100 Ом.
Рис. 1. Структурная схема преобразователя
Рис.2. Временная диаграмма работы преобразователя
4
Элементная база преобразователя и исходные численные данные
представлены в таблицах 1и 2 соответственно.
Таблица 1. Элементная база преобразователя
Таблица 2. Исходные численные данные
5
2. Описание функциональной схемы селектора импульсов по
амплитуде
В данном курсовом проекте разрабатывается схема селектора импульсов
по амплитуде, функциональная схема которого изображена на рис.3.
Рис. 3.Функциональная схема устройства
Схема производит селекцию импульсов по амплитуде, при выполнении
условий, что амплитуда входного сигнала находится между нижним Uпор1
и верхним Uпор2 уровнями селекции.
Импульсы входного напряжения подаются на входы амплитудных
компараторов. В качестве амплитудных
компараторов используются
триггеры Шмитта на ИМС К561ТЛ2. С выхода второго триггера импульсы
подаются на
инвертор, выполненный на ИМС К176ЛА7, который
инвертирует сигнал на выходе триггера.
Для пропускания (трансляции) импульса при наличии управляющего
сигнала (импульса) с выхода первого триггера и инвертора импульсы
подаются на ключ, представленный на ИМС серии К176ЛА7.
Чтобы обеспечить на выходе значение первоначальной
используется выходной коммутатор на ИМС К561КТ1 .
амплитуды
Параметры импульса через согласующий каскад направляются в
последовательный канал связи КС.
6
3. Разработка принципиальной схемы селектора импульсов по
амплитуде
3.1. Амплитудный
К561ТЛ2
компаратор – триггеры Шмитта на ИМС
Микросхема К561ТЛ2 (рис.4) представляет собой шесть одновходовых
триггера Шмитта, выполняющих функцию «НЕ» (на рисунке представлен
только
один
компаратор).
Условно
графическое
обозначение
и
электрические параметры ИМС К561ТЛ2 представлены в приложении А.
Рис.4. Триггер Шмитта в ИМС К561ТЛ2
Триггер Шмитта
имеет два устойчивых состояния электрического
равновесия и переключается импульсами, поданными на вход. Он имеет
два уровня порогового напряжения, на которые он реагируют. В тот момент,
когда
импульс достигает значение верхнего или нижнего порогового
напряжения Uпор триггер, соответственно, меняет свое состояние. Триггер
Шмитта срабатывает на разные пороговые напряжения. Разность между
этими порогами срабатывания называется гистерезисом переключения Uг .
Пропорциональное увеличение уровней срабатывания достигается с
помощью делителя напряжения на входе ИМС (рис. 5). При этом уровни
срабатывания и отпускания сместятся на величину:
UСР = UСР.мс (R1 + R2)/ R2,
где UСР.мс – напряжение срабатывания самой микросхемы.
7
Рис. 5. Схема увеличения уровней срабатывания компаратора
Следовательно, напряжением срабатывания Uпор.1 для амплитудного
компаратора АК 1, будет являться:
При напряжении питания ЕП = +10 В UСР.мс = 3.7 В
Выберем стандартное значение сопротивления
R1= 160 Ом, R2= 2000 Oм
U пор.1  3.7 *
160  2000
2000
,
Uпор.1 = 4 В
Напряжением срабатывания Uпор.2 для амплитудного компаратора АК 2,
будет являться:
При напряжении питания ЕП = +10 В UСР.мс = 3.7 В
Выберем стандартное значение сопротивления
R3= 820 Ом, R4= 2200 Oм
U пор.2  3.7 *
820  2200
,
2200
Uпор.2 = 5 В
Графическое изображение работы амплитудного компаратора АК 1
представлено на рисунках 6,7.
8
Рис. 6. Импульс входного напряжения, подаваемого на вход
амплитудного компаратора АК 1
Рис. 7. Выходная характеристика АК 1
Значение порогового напряжения Uпор.1 для амплитудного компаратора
АК 1 является 4 В.
Графическое изображение работы амплитудного компаратора АК 2
представлено на рисунках 8,9.
9
Рис. 8. Импульс входного напряжения, подаваемого на вход
амплитудного компаратора АК 2
Рис. 9. Выходная характеристика АК 2
Значение порогового напряжения Uпор.2 для амплитудного компаратора
АК 2 является 5 В.
10
3.2. Инвертор и ключ
Инвертор и ключ в данном курсовом проекте представлены на ИМС
К176ЛА7. Условно графическое обозначение и электрические параметры
ИМС К176ЛА7 представлены в приложении Б.
Микросхема К176ЛА7 представляет собой четыре логических элемента
«2И-НЕ». На рисунке 10 представлена электрическая принципиальная схема
инвертора и ключа на микросхеме К176ЛА7.
Рис. 10. Электрическая принципиальная схема инвертора и ключа на ИМС
К176ЛА7
На рисунке 11 представлены параметры входных характеристик
инвертора и ключа .
Рис. 11. Параметры входных характеристик инвертора и ключа на ИМС
К176ЛА7
Промежуточная характеристика UПр входного напряжения UВХ2 с выхода
инвертора представлена на рисунке 12.
11
Рис. 12. Промежуточная характеристика UПр с выхода инвертора
Выходная характеристика UВЫХ инвертора и ключа показана на рис.13.
Рис. 13. Выходная характеристика инвертора и ключа на ИМС К176ЛА7.
Таким образом, ключ формирует на выходе логический нуль, только
когда логическая единица присутствует на обоих его входах. В остальных
случаях на выходе будет логическая единица.
12
3.3. Выходной коммутатор
Выходной коммутатор представлен на ИМС К561КТ1 . Коммутатор
пропускает импульсы (сигналы) без изменения его амплитуды и полярности.
Условно графическое обозначение и
параметры сопротивления
открытого ключа ИМС К561КТ1 представлены в приложении В.
Микросхема К561КТ1 содержит четыре аналоговых ключа (на рисунке
показан только один ключ). Каждый ключ имеет три вывода - два
информационных и один управляющий.
При подаче логического нуля на вход управления информационные
выводы разомкнуты между собой. При подаче логической единицы на вход
управления сопротивление ключа уменьшается до нескольких сотен Ом. Это
сопротивление нелинейно и зависит от напряжения между информационным
выводом, на который подается входной сигнал, и общим проводом. В любом
случае амплитудные значения коммутируемого сигнала не должны быть
выше напряжения источника питания и ниже нуля.
Временная диаграмма работы выходного коммутатора представлена на
рис.15.
13
Рис. 15.Временная диаграмма работы выходного коммутатора на ИМС
К561КТ1
14
3.4 Согласующий каскад
Согласующий каскад предназначен для согласования выходного
сопротивления выходного каскада преобразователя с волновым
сопротивлением канала связи. Должно выполняться условие RВЫХ = ρ, где
ρ – волновое сопротивление канала связи. В качестве канала связи
используется экранированная витая пара с волновым сопротивлением 100
Ом.
Согласующий каскад в данном курсовом проекте представлен на
биполярном транзисторе КТ3102А (рис.16). Параметры транзистора
представлены в приложении Г.
Рис. 16. Согласующий каскад, работающий на витую пару
Значение выходного сопротивления эмиттерного повторителя
рассчитывается по следующей формуле:
RВЫХ = R5/ h21э ,
где h21э(β) – статический коэффициент передачи тока биполярного
транзистора.
Исходя из условий:
h21э=100, ρ =100 Ом , значение R5 равно:
R5 = 100 ∗ 100 = 10 кОм
Входная характеристика согласующего каскада представлена на рис. 17.
15
Рис.17. Входная характеристика согласующего каскада
На рис. 18 представлена выходная характеристика.
Рис.18. Выходная характеристика согласующего каскада
Выходной сигнал по форме повторяет входной, но уровень его
напряжения на 0,6 В ниже.
16
3.5. Источник питания
Стабилизированный источник питания (рис.19) как законченное
устройство предназначено для подачи на схему постоянного напряжения,
соответствующего уровня. Технические параметры элементов источника
питания представлены в приложении Д.
Рис. 19. Источник питания на микросхемах серии L7800CV
Трансформаторы предназначены для работы от сети переменного тока с
напряжением 220В, частотой 50Гц. Трансформатор Тр.1 представлен
трансформатором серии ТП124-5.
Диодный мост КЦ407А предназначен для преобразования переменного
тока в пульсирующий ток одинаковой полярности.
Конденсатор электролитический С1 служит для сглаживания пульсации
напряжения после диодного моста VD1..VD4. Конденсаторы С2,С3,С4 и С5
предназначены для лучшей стабилизации микросхем.
Линейные стабилизаторы напряжения представлены микросхемами
серии L7810CV и L7809CV.
На выходе соответствующих микросхем получим 10 и 9 вольт
стабилизированного напряжения, соответственно.
17
Заключение
В данном курсовом проекте разработан селектор импульсов по
амплитуде. Выполнен поблочный расчет схемы. В процессе разработки
селектора рассмотрено множество литературы и справочных пособий.
18
Список использованной литературы
1. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для
ВУЗов. - М.: Горячая линия телеком.1999г.
2. Табрин Б.В. Интегральные микросхемы: Справочник – М.: Радио и
связь, 1984 г.
3. Бирюков А.Ф. Цифровые устройства и аналоговые интегральные
микросхемы: Справочник – М.: Радио и связь, 1990 г.
4. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. – М.:
Радио и связь, 1989.
19
Приложение А
Условное графическое обозначение и электрические параметры ИМС
К561ТЛ2
Рис. А.1. Условное графическое обозначение ИМС К561ТЛ2
Электрические параметры ИМС , при температуре окружающей среды
Т = 25 0С представлены в таблице А.1.
Таблица А.1. Электрические параметры ИМС К561ТЛ2
20
Приложение Б
Условное графическое обозначение и электрические параметры ИМС
К176ЛА7
Рис. Б.1. Условное графическое обозначение ИМС К176ЛА7
Табл.Б.1 Параметры ИМС К176ЛА7
21
Приложение В
Условное графическое обозначение и параметры сопротивления
открытого ключа ИМС К561КТ1
Рис. В.1. Условное графическое обозначение ИМС К561КТ1
Параметры сопротивления открытого ключа при изменении напряжения
на его информационном входе при различных напряжениях питания ИМС ,
при температуре окружающей среды Т = 25 0С представлены в таблице В.1.
Табл.В.1 Параметры сопротивления открытого ключа ИМС К561КТ1
22
Приложение Г
Технические параметры биполярного транзистора КТ3102А
Электрические параметры транзистора , при температуре окружающей
среды Т = 25 0С представлены в таблице Г.1.
Таблица Г.1. Электрические параметры транзистора КТ3102А
Тип Uкбо(и),В
n-pn
50
Uкэо(и),
В
Iкmax(и),
мА
Pкmax(т),
Вт
h21э
Iкбо,
мкА
fгр.,
МГц
Кш ,
Дб
50
100(200)
0.25
100200
0.05
150
10
23
Приложение Д ~
Технические параметры элементов стабилизированного источника
питания
Основные технические параметры трансформатора ТП124-5, диодного
моста КЦ407А и микросхем серии L7800CV представлены в таблицах Д.1 ,
Д.2 ,Д.3 и Д4 соответственно.
Таблица Д.1 Параметры трансформатора ТП124-5
Тип трансформатора
ТП
Выходное напряжение, В 11.8
Выходной ток, А
1.12
Выходная Мощность, Вт
15
Таблица Д.2 Параметры диодного моста КЦ407А
Максимальное постоянное обратное напряжение, В
400
Максимальное импульсное обратное напряжение, В
400
Максимальный прямой(выпрямленный за полупериод) ток, А 0.5
Максимальный допустимый прямой импульсный ток, А
2
Максимальный обратный ток, мкА
5
Рабочая частота, кГц
20
Максимальное прямое напряжение, В
2.5
при Iпр., А
0.2
Максимальное время обратного восстановления, мкс
5000
Рабочая температура, С
-60...85
Таблица Д.3 Параметры микросхемы L7810CV
Корпус
TO220
Номинальный выходной ток, А
1
Максимальное входное напряжение, В 40
Выходное напряжение, В
10
Таблица Д.4 Параметры микросхемы L7809CV
Корпус
TO220
Номинальный выходной ток, А
1.5
Максимальное входное напряжение, В 40
Выходное напряжение, В
24
9
Поз.
обозн.
Наименование
Колво
Прим
Конденсаторы
К50-35-25В-680 мкФ  20%
К10-17Б-30В-0,33 мкФ  10%
К10-17Б-30В-0,1 мкФ  10%
С1
С2,С4
С3,С5
1
2
2
Микросхемы
DA1
DА2
DD1
DD2
DD3
L7810CV
L7809CV
К561ТЛ2
К176ЛА7
К561КТ1
1
1
1
1
1
Резисторы
R1
R2
R3
R4
R5
МЛТ-0,25-160 Ом  5%
МЛТ-0,25-2 кОм  5%
МЛТ-0,25-820 Ом  5%
МЛТ-0,25-2,2 кОм  5%
МЛТ-0,25-10 кОм  10%
VD1..VD4
Мост выпрямительный КЦ407А
1
1
1
1
1
Диоды
1
Транзистор
КТ3102А
VT1
1
Трансформатор
Тр.1
ТП124-5
1
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
25