Введение
Целью настоящего курсового проекта является разработка электронного функционального устройства реализующего заданную передаточную функцию.
Разработка устройства включает в себя проектирование принципиальной электрической схемы, разводку печатной платы, расчёт области нормальной работы и расчёт показателей надёжности.
Дополнительно к разработанному устройству составляется инструкция по эксплуатации.
Данные на курсовое проектирование
При курсовом проектировании следует разработать электронное функциональное устройство реализующее переставленный на рисунке 1.1 закон передачи.
Рисунок 1.1 – Структурная схема устройства
Требования к разработке:
1. Разрабатываемое функциональное электронное устройство должно реализовывать заданные передаточные функции с максимально возможной точностью в широком частотном диапазоне (150…510Гц).
2. Устройство должно быть реализовано на элементах отечественного производства, общепромышленного назначения. Входные и выходные сигналы должны соответствовать требованиям ГСП
3. Устройство должно быть выполнено на печатной плате с краевым разъемом. Блок питания находиться вне устройства и не разрабатывается.
4. Каждому элемент у структурной схемы соответствует 1 операционный усилитель. Устройство должно иметь 2 параметра настройки и 2 органа настройки. Органы настройки выполняются на резисторах. Все функциональные конденсаторы принять равными 1 мкФ.
5. Устройство должно иметь выходной каскад - ограничитель выходного напряжения. Уровень напряжения может настраиваться.
6. Рассчитать область нормальной работы устройства.
7. Графическая часть должна содержать:
1. Принципиальную схему устройства
2. Печатная плата.
3. Сборочный чертеж.
Разработка принципиальной схемы
Указанный в задании закон может быть реализован на операционном усилителе по схеме представленной на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Принципиальная схема звена, реализованного на операционных усилителях
Идеальная передаточная функция такого звена имеет вид
, (2.1)
где
; ;
Таким образом, при фиксированном значении номинала конденсатора C1 (1 мкФ) функциональное устройство имеет два параметра настройки: коэффициент усиления (R1) и постоянная времени (R3).
Статический и динамический расчет
Формирующее устройство на операционном усилителе показано на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Формирующее устройство на операционном усилителе
Идеальная передаточная функция формирующего устройства на операционном усилителе при условиях
;
;
имеет вид
.
Реальная передаточная функция формирующего устройства на операционном усилителе
.
Реальная передаточная функция найдена путем решения системы уравнений, составленных по закону Кирхгофа
(3.1)
Исключая ненужные переменные токи
;
(3.2)
Если устремить и к бесконечности, то мы придем к выводу, что переходная функция совпадает с переходной функцией для идеального варианта.
Следовательно, необходимо выбрать операционный усилитель с как можно большим коэффициентом усиления и входным сопротивлением.
Реальное комплексное сопротивление утечки конденсатора имеет вид
.
где .
Для структурной схемы, приведенной на рисунке 1.1, идеальная передаточная функция имеет вид
.
Реальная передаточная функция реального дифференцирующего звена
; (3.3)
; (3.4)
; (3.5)
Подставив (3.4), (3.5) в (3.2) имеем передаточную функцию реального звена
. (3.6)
Выбор электронных элементов схемы и конструирование печатной платы
Выбор элементов
Операционный усилитель
В качестве операционного усилителя выбрана микросхема КР1446УД14 обладающая следующими параметрами:
Входное сопротивление () – 1000 мОм.
Напряжение питания – 15 В 10%
Напряжение смещения – 10 мВ.
Тип корпуса – DIP 201.14-2 (19×6,6 мм).
Рисунок 4.1 – корпус КР1446УД14
Рисунок 4.2 – распределение выводов
Конденсаторы
В качестве конденсатора C1 выбран металлобумажный конденсатор типа C-K-50-80 обладающий большим сопротивлением утечки ()1 000 000 Ом;
Резисторы
В качестве переменных резисторов применены резисторы типа СП3-18a.
В качестве постоянного резистора выбран малогабаритный резистор с мощностью рассеивания 0,25 Вт (P1-28).
Описание принципиальной электрической схемы
Принципиальная электрическая схема разработанного электронного функционального устройства приведена на листе КАПП.220201.108.Э3 курсового проекта.
Операционный усилитель DA1,DA2,DA3 совместно с элементами C1,R1,R2,R3,R4,R5 образует смешанное звено с заданным видом передаточной функции. ............
