Амплитудный селектор
Выбор и обоснование функциональной схемы. Расчет узлов принципиальной схемы: операционного усилителя, ждущего мультивибратора, аналогово-цифрового преобразователя, амплитудного детектора, цифрового компаратора, счетчика импульсов и блока питания.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.11.2018 |
| Размер файла | 595,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Задание
операционный усилитель селектор компаратор
Выполнить селекцию импульсов по амплитуде величиной (50 ±5) mВ для произвольной последовательности колоколообразных импульсов длительностью от 10 до 200 мкс, амплитудой от 5mВ до 200mВ и сформировать счетные импульсы амплитудой 5в длительностью 1 мкс
Питание -200В ±10%, 50 Гц
Коэффициент стабилизации ?60
Введение
Амплитудные селекторы представляют собой устройства, отбирающие импульсы по амплитуде. Они позволяют выделять импульсы, различающиеся по амплитуде и бывают максимального, минимального и заданного уровней, временные, и селекторы импульсов по длительности. Амплитудные селекторы широко используют в ядерной физике для изучения распределения элементарных частиц по уровням энергии. В этих случаях применяют многоканальные амплитудные селекторы (до 1000 каналов) с измерительными преобразователями, у которых амплитуда сигналов пропорциональна энергии воздействующих на преобразователи частиц. Амплитудные селекторы, так же как и временные селекторы, применяют в радиотехнике, автоматике и вычислительной технике.
1. Выбор и обоснование функциональной схемы
Функциональная схема состоит из: Операционного усилителя, аналогово цифрового преобразователя, 2 компараторов, логической ячейки «И», а так же мультивибратора
Рис. 1. Функциональная схема амплитудного селектора
Функциональная схема селектора изображена на рис. 1
Сигнал со входа устройства поступает на усилитель УС, где происходит его усиление до величин уровня сигнала, соответствующих цифровым уровням АЦП, после чего он детектируется амплитудным детектором далее мы преобразуем аналоговый сигнал в цифровой, после чего сигнал поступает на два компаратора. Один настроен на напряжение срабатывание 45 mB, второй на напряжение 55 mB. Таким образом мы получаем селектор импульсов в диапазоне от 45 mB до 55 mB. Далее сигнал подается на конъюнктур, после чего необходимо сформировать выходной сигнал, в качестве формирователя используем мультивибратор.
2. Выбор и расчет узлов принципиальной схемы
Операционный усилитель
Коэффициент усиления ОУ 1000 (60 дБ)
Выходное сопротивление 300 Ом
Входное сопротивление 1 МОм
Входной ток (номинальное значение) 200 нА
Рис. 2. Неинвертирующий усилительный каскад постоянного тока на ОУ
Посчитаем число каскадов усиления. Мы должны получить из сигнала амплитудой 5…200 мВ сигнал амплитудой, достаточный для срабатывания аналогово - цифрового преобразователя. Напряжение его включения - 2,4 В, напряжение отпускания - 0,4 В,
ОУ должен обеспечивать коэффициент усиления К = 25 при максимальном входном и минимальном выходном сопротивлениях. Минимальный входной сигнал равен 5 мВ, максимальный - 200 мВ.
Для обеспечения такого коэффициента усиления достаточно одного каскада на ОУ. При этом сигнал амплитудой 200 мВ усилится до 0,2 х 25 = 5 В, что не выходит за рамки ТТЛ-уровней.
Коэффициент усиления:
Рассчитаем номиналы элементов. Пусть R1 = 10 кОм. Тогда R2 = 240 кОм.
Ждущий мультивибратор
Для сброса пикового детектора, а так же для запуска АЦП нам необходим ждущий мультивибратор. Примем микросхему К555АГ3. Мультивибратор с возможностью перезапуска. Он имеет выходы Q и Q., вход сброса R. (активный уровень - низкий) и два входа запуска В-прямой с активным высоким уровнем и А. - инверсный с активным низким уровнем. Для микросхемы К555АГ3 длительность импульса (при Сф ? 1ООО пФ) можно подсчитать по формуле:
фвых = 0,45RфC ф
В нашем случае нам необходимо получить длительность импульса ?50 мкс. Примем Rф=100 КОм, Cф=100 рФ
Рис. 3. Микросхема К555АГ3
Таблица 1. Состояния микросхемы АГ3
Аналогово-цифровой преобразователь
Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используем микросхему К1113ПВ1.
Микросхема представляет собой функционально законченный 10-разрядный АЦП, сопрягаемый с микропроцессором. Обеспечивает преобразование как однополярного напряжения (вывод 15 соединяется с выводом 16) в диапазоне 0…9,95 В, так и биполярного напряжения в диапазоне -4,975…+4,975 В в параллельный двоичный код.
Электрические параметры
|
1 |
Номинальное напряжение питанияUп1Uп2 |
5 В 5%-15 В 5% |
|
|
2 |
Выходное напряжение низкого уровня |
не более 0,4 В |
|
|
3 |
Выходное напряжение высокого уровня |
не менее 2,4 В |
|
|
4 |
Напряжение смещения нуля в однополярном и биполярном режимах от полной шкалы |
0,3% |
|
|
5 |
Ток потребленияот источника питания Uп1от источника питания Uп2 |
не более 10 мАне более 18 мА |
|
|
6 |
Входной ток высокого (низкого) уровня |
40 мкА |
|
|
7 |
Ток утечки на выходе |
40 мкА |
|
|
8 |
Время преобразования |
не более 30 мкс |
|
|
9 |
Нелинейность от полной шкалы1113ПВ1А1113ПВ1Б1113ПВ1ВК1113ПВ1АК1113ПВ1БК1113ПВ1В |
0,075%0,2%0,075%0,1%0,2%0,4% |
|
|
10 |
Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы от полной шкалы |
0,4% |
Рис. 4 Условное графическое обозначение АЦП К1113ПВ1
Назначение выводов:
1 - девятый разряд;
2 - восьмой разряд;
3 - седьмой разряд;
4 - шестой разряд;
5 - пятый разряд;
6 - четвертый разряд;
7 - третий разряд;
8 - второй разряд;
9 - первый разряд;
10 - напряжение питания Uп1;
11 - гашение и преобразование;
12 - напряжение питания - Uп2;
13 - вход аналоговый;
14 - аналоговая «земля»;
15 - управление сдвигом нуля;
16 - цифровая «земля»;
17 - готовность данных;
18 - десятый разряд (младший);
Амплитудный детектор
Устройство, предназначенные для запоминания экстремальных значений входного сигнала. Работает в режимах выборки и хранения, режим работы определяется входным сигналом. При возрастании входного напряжения оно отслеживается выходным напряжением, а при уменьшении амплитудный детектор переходит в режим хранения и запоминает предыдущие максимальное значение входного напряжения. Это напряжение удерживается на выходе детектора в течении некоторого времени либо до появления большего сигнала на входе, либо по команде сброса к исходному состоянию.
Схема амплитудного детектора представлена на рисунке 5.
Рис5. Амплитудный детектор
Цифровой компаратор и задание опорного кода
В качестве компаратора применим две последовательно соединенные микросхемы К555СП1. Микросхема имеет 11 входов. Четыре пары входов принимают для анализа два четырехразрядных слова А0 - А3 и В0 - В3. Три входа I (A<B), I (A>B), I (A=B) нужны для увеличения разрядности компаратора, т.е. наращивания входов. Компаратор имеет три выхода результатов анализа: A<B, A=B, A>B. Все возможные комбинации входных и выходных сигналов приведены в табл. 3. Внутренняя структура и цоколевка компаратора представлена на рис. 4. Мы будем применять простейшую последовательную схему наращивания двух ИМС, включив выходы первой к одноименным входам наращивания второй. При этом входы наращивания первой микросхемы должны подключаться к уровням: I (A<B), I (A>B) - высокому, I (A=B) - низкому.
Таблица 2. Последовательность работы компаратора СП1
Опорный код должен соответствовать числу 45 и 55. Изучив таблицу 3 и представив работу компаратора в том случае, когда опорный код подан на входы А, а счетный код - на входы В, мы выбираем целесообразным принять двоичный опорный код равным десятичному эквивалентному числу 45 и 55. Тогда в качестве выходного сигнала можно использовать единственный выход компаратора - выход A>B, A<B старшей из ИМС. Высокий уровень на этих выходах говорит о соблюдении условия сравнения (длительность сигнала меньше или равна 24 мс). Тогда на входы А нужно подать следующий двоичный код (от старшего разряда к младшему): 101101 (45) и 110111 (55) другого. Единица соответствует подключению входа к источнику питания, ноль - к земле.
Рис. 6. Микросхема К555СП1 - внутренняя схема (а) и цоколевка (б)
Счетчик импульсов
В качестве счетчика применяем микросхему К155ЛИ5, (рис. 7). Микросхема представляет собой два логических элемента 2И с мощным открытым коллектором. В нашей схеме понадобиться только один каскад.
Рис. 7. Микросхема К155ЛИ5
Формирователь маркера
Для формирования импульса амплитудой 5 В и длительностью 1 мкс используем микросхему мультивибратора К155АГ1 (рис. 8)
Рис. 8. К155АГ1: структура (а), схема включения (б) и номограмма для выбора R и С (в)
Работу ждущего мультивибратора поясняет таблица 3 и рис. 9 (эпюры напряжений в зависимости от полярности входных сигналов).
Номиналы элементов для нашей схемы должны быть следующие (см. номограмму): R = 15 кОм, С = 1000 пФ.
Таблица 3. Управление и сигналы ждущего мультивибратора АГ1
Рис. 9. Диаграммы запуска АГ1
Блок питания
Блок питания собран по стандартной схеме и вырабатывает напряжения +5 В для питания цифровых ИМС и биполярное 15 В для питания ОУ. Все напряжения стабилизированы.
Заключение
Принципиальная схема селектора, построена в основном на ИМС серии К155 (цифровая ТТЛ логика). В устройстве используется предварительное усиление и формирование сигнала, измерение импульсов по амплитуде, перевод этих чисел в двоичную форму счисления при помощи АЦП и сравнение этих чисел в цифровом компараторе. Для формирования выходного маркера и задержки сигнала сброса счетчиков применяется ждущий мультивибратор.
Данное устройство устанавливается в любой подходящий по размерам корпус.
Список используемой литературы
Алексеев А.Г., Войшвилло Г.В. Операционные усилители и их применение. - М.: Радио и связь, 1989.
Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь, 1989.
Дмитриев Ю.И., Неделин П.Н. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника.-СПбГУАП, 2005.
Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. - М.: Радио и связь, 1989.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проектирование цифрового измерительного устройства. Разработка структурной схемы, обоснование функциональной схемы. Схемы выделения фронтов временного интервала. Проектирование генератора и блока отображения. Расчет потребляемой мощности и надежности.
курсовая работа [999,9 K], добавлен 28.12.2011Разработка принципиальной схемы и расчет элементов программируемого генератора прямоугольных импульсов (несимметричного мультивибратора). Автоколебательный и ждущий мультивибратор. Разработка программного обеспечения. Алгоритм работы микроконтроллера.
дипломная работа [894,6 K], добавлен 10.05.2015Этапы разработки структурной схемы. Выбор структуры генератора кодов, синтез комбинационной схемы на логических элементах, мультиплексорах. Расчет генератора тактовых импульсов. Моделирование отдельных узлов генератора в программе "Electronics Workbench".
курсовая работа [1,6 M], добавлен 04.03.2010Технологический процесс, оборудование и математическая модель объекта. Разработка структурной и функциональной схемы автоматизации, расчет и выбор исполнительных механизмов, работа принципиальной электрической схемы. Затраты на содержание механизмов.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 16.04.2012Выбор функциональной схемы электропривода токарного станка. Передаточная функция управляемого силового преобразователя. Определение параметров структурной схемы управления. Расчет основных возмущающих воздействий. Настройка системы на технический оптимум.
курсовая работа [567,0 K], добавлен 20.06.2015Разработка функциональной схемы гидропривода, выбор и расчет параметров. Потери давления в местных гидравлических сопротивлениях. Выбор гидроаппаратуры и определение потерь при прохождении жидкости через аппараты. Механические и скоростные характеристики.
курсовая работа [723,9 K], добавлен 30.03.2011Разработка функциональной схемы размещения технологического оборудования. Составление и описание работы принципиальной электрической схемы. Расчет и выбор элементов автоматизации. Правила безопасности при обслуживании электрооборудования установки.
курсовая работа [83,6 K], добавлен 12.05.2011Обоснование схемы флотации. Составление режимной карты отделения. Расчёт технологического баланса продуктов обогащения и принципиальной схемы флотации. Обоснование и выбор флотационных машин и реагентного оборудования. Создание схемы движения пульпы.
курсовая работа [497,1 K], добавлен 15.12.2014Выбор и обоснование структурной схемы усилителя. Количество каскадов и площадь усиления. Расчет выходного, промежуточного и входного каскадов, элементов высокочастотной коррекции и элементов, определяющих характеристику усилителя в области нижних частот.
курсовая работа [431,3 K], добавлен 25.05.2012Свойства, классификация, предназначение, принцип действия позиционного регулятора. Проектирование принципиальной схемы стенда, расчет ее надежности. Работа регулятора с дистанционной передачей посредством диференциально-трансформаторного преобразователя.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 20.02.2011Разработка проекта мощного источника вторичного питания с возможностью отдачи большой мощности за малый промежуток времени и возможностью применения в качестве силовой части солнечной батареи. Расчет принципиальной схемы, надежности и блока управления.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 21.08.2011Общие сведения об электрическом сопротивлении. Выбор метода измерения и составление структурной схемы. Анализ погрешностей и распределение их по блокам. Разработка принципиальной схемы блока первичного преобразования, ее внутренняя структура и элементы.
курсовая работа [550,5 K], добавлен 10.12.2013Разработка элементов схемы электронного термометра. Проектирование и расчет схемы функционального преобразователя. Схема управления индикатором с помощью дешифратора. Разработка генератора низкочастотного сигнала для задания времени счета импульсов.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.12.2022Характеристика нефти, фракций и их применение. Выбор и обоснование поточной схемы глубокой переработки нефти. Расчет материального баланса установки гидроочистки дизельного топлива. Расчет теплообменников разогрева сырья, реакторного блока, сепараторов.
курсовая работа [178,7 K], добавлен 07.11.2013Общая характеристика автоматизированных систем. Требования к системе управления роботом. Разработка структурной электрической схемы. Обоснование и выбор функциональной схемы. Выбор исполнительного двигателя. Проектирование ряда датчиков и систем.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 12.11.2009Расчет мощности, выбор электродвигателя привода установки-металлоуловителя, ленточного конвейера. Разработка принципиальной схемы управления электроприводами, логическая схема управления. Расчет и обоснование выбора аппаратуры. Определение объема памяти.
курсовая работа [326,5 K], добавлен 24.02.2012Разработка проекта изменения электрической части Запорожской АЭС: технико-экономическое сопоставление вариантов и выбор схемы выдачи мощности АЭС. Расчет электроснабжения собственных нужд блока, выбор мощности дизель-генераторов систем надежного питания.
курсовая работа [356,4 K], добавлен 22.11.2010Характеристика готовой продукции и описание технологической схемы ее производства. Расчет часовой, сменой, суточной и годовой производительности, потребности в материалах. Выбор необходимого оборудования, разработка принципиальной схемы компоновки.
курсовая работа [39,3 K], добавлен 04.12.2016Процесс выплавки чугуна в доменной печи. Обоснование выбора приборов и средств автоматизации для реализации АСР давления газа под колошником доменной печи. Разработка функциональной и принципиальной схемы АСР, проектирование схемы внешних соединений.
курсовая работа [137,7 K], добавлен 05.12.2013Технологический процесс изготовления растительного масла в прессовом цехе. Описание и спецификация функциональной схемы автоматизации после модернизации. Выбор сигнализатора и датчиков для контроля скорости конвейеров и температуры в чанах жаровни.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 17.06.2012
