Күшейткіш коэффициентіК, мың

Коммериялық емес акционерлық  қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

«Электроника» кафедрасы

 

 

«ЭЛЕКТРОНДЫ ЖӘНЕ ӨЛШЕУ ТЕХНИКАСЫНЫҢ  НЕГІЗДЕРІ »

5В071900 – Радиотехника электроника телекоммуникация мамандығы бойынша студенттері үшін курстық жұмысқа арналған әдістемелік нұсқау

 

 

Алматы 2013

Құрастырғандар: Б.Б. Ордабаев, Ү.К. Дегембаева. Электрондық және өлшеу техникасының  негіздері. 5В071900 – Радиотехника электроника және  телекоммуникация мамандығы бойынша студенттері үшін курстық жұмысқа арналған әдістемелік нұсқау. Алматы: АУЭС, 2013-23 б.

 

         Әдістемелік нұсқауда пәндік жұмысқа арналған жеке тапсырмалар, оларды орындау бойынша ұсыныстар, рәсімдеуі мен мазмұнына қойылатын талаптар, орындау үлгісі және әдебиеттер тізімі болуы қажет. пәндік жұмыста берілген алгоритм бойынша кіріс сигналдарына өңдеу жүргізетін құрылғының функционалды схемасының өңделуі, функционалды түйіннің электрлік есебі мен таңдалуы, қандай да бір түйінге баспалы платаның жасалуы, бағдарламалық өнім көмегімен, мысалы, Electronics Workenbench, схема жұмысының тестіленуі болады.

         5В071900 мамандығының күндізгі оқу түрінде оқитын студенттеріне арналған әдістемелік нұсқау.

         Әдістемелік нұсқау мазмұны УИР орындау кезінде және радиотехника және байланыс факультетінің барлық мамандығының диплом жобалауы кезінде пайдалы.

         3 кесте, 10 сурет, әдеб. тізімі -12 атау.

 

                   Пікір беруші: техн. ғылым. канд., Т.М. Жолшараева

 

«Алматы энергетика және байланыс университетінің» коммерциялық емес акционерлық қоғамының 2013 ж. баспалық жоспары бойынша басылады.

 

© «Алматы энергетика және байланыс университетінің» КЕАҚ, 2013 ж.

 

Кіріспе

 

         «Электронды және өлшеу техникасының негіздері» пәні бойынша пәндік жұмыс аналогты электронды схема техникасы бойынша 5В071900 мамандығындағы студенттердің базалық схема техникалық дайындықтарын жасайды. Пәндік жұмыстың мақсаты пәнді оқу барысында алынған білімді тереңдету болып табылады, сонымен қатар техникалық және анықтамалық әдебиеттермен өздік жұмыстың икемділігін дамыту болып табылады. Пәндік жұмысқа берілетін тапсырмалар жеке – жеке және олардың орындалуы аналогтық және аналогтық – сандық түйіндерді пайдаланумен берілген математикалық теңдеулер бойынша кіріс сигналдарды өңдеу үшін функционалды аяқталған құрылғыларды дайындауда.

         Әдістемелік нұсқауда жобалауға арналған жеке тапсырмалардың тізімі беріледі, рәсімдеуге қойылатын талаптар, жұмысты орындау бойынша ұсыныстар, құрылғыларды жасау үлгісі және әдебиеттер тізімі берілген. Студенттің пәндік жұмысты орындау барысында жинақтаған білімі УИР-да пайдасы бар, сонымен қатар радиотехника және байланыс факультетінің барлық мамандығының дипломын жобалау кезінде де пайдасы бар.

 

         1 Пәндік жұмысқа арналған тапсырма

 

         Тапсырма ретінде аналогты электронды құрылғыны жобалау ұсынылады, ол екі кіріс сигналынан шығыс сигналының тәуелділігінің берілген математикалық теңдеуімен сәйкес кіріс сигналының өңделуі жүргізіледі. Тәуелділіктер түрлері, сонымен қатар кіріс және шығыс формалары А және Б қосымшаларындағы нұсқалардың тапсырмаларымен сәйкесті таңдалынады. Сигналдарды өңдеудегі аналогты құрылғылар ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында кең қолданыс табуда.

         Кіріс сигнал ретінде әртүрлі электрлік шамалар қатысады: тұрақты және ауыспалы кернеу мен тоқтар, өзгермелі жиіліктегі ТТЛ деңгейінің импульсі түріндегі сигналдар, белсенді кедергі өзгерісіндегі сигналдар. Құрылғы берілген формула бойынша кіріс сигналдарының өңдеу нәтижелері болып табылатын сигнал шығаруы қажет. Шығыс сигналдарда, сонымен қатар тапсырма нұсқасынан тәуелді әртүрлі формалар бар:

         Құрылғын жобалау:

–       құрылғының функционалды сұлбасының құрылуы;

–       жеке функционалды түйіндер сұлбасының таңдалуы;

–       сигнал деңгейі бойынша түйіндердің бір – бірімен үйлесуі;

–       кіріс және шығыс кедергілер бойынша түйіндердің үйлесуі;

–       үйлестіру шартын қамтамасыз ететін жеке түйіндердің жұмыс тәртібінің таңдалуы;

–       құрылғы түйіндерінің электрлік есебі;

–       құрылғының толық электрлік схемасының сызылуы;

–       пайдаланылған құраушылардың спецификациясының құрылуы;

–       бағдарламалық өнімдер көмегімен құрылғылардың тестіленуі, мысалы, Electronics Worken bench;

–       құрылғының бір фрагментінің баспалық платасы дайын болуы қажет.

 

2 Рәсімдеуге қойылатын талаптар

 

         2.2.1 Түсініктеме жазба А4 форматтағы парақта орындалады және түптелген болуы қажет. Мәтіні аталуы бар бөлімдерге бөлінеді және МЕМСТ талаптарымен сәйкесті миллиметрлік қағазда орындалған есепке қажетті сұлбалармен және сипаттамалармен сипатталады. Сипаттамада нұсқаулық болуы қажет, парақтарды нөмірлеу кезінде екінші парақтан бастау қажет және ортасында, нүктесіз, төменгі жағында болуы қажет.

         2.2.2 Графикалық материалдар ЕСКД талаптарымен сәйкесті орындалады. Құраушылардың спецификациясы А4 форматтағы парақта рәсімделеді және есептік – түсініктемелік хатта жүргізіледі. Элемент мәндерін таңдау кезінде резистор және конденсатор номиналының шкаласындағы МЕМСТ пайдалану қажет.

         2.2.3 Есептік формулалар әріптік белгілермен және көздерге арналған нұсқаулықтармен толығымен келтірілуі қажет.

         2.2.4 Құрылғылардың тестіленуінде пайдаланылған сұлбалар, бағдарламалық өнімдер көмегімен қосымшаларға енгізіледі.

         2.2.5 Қорытынды бөлімінде жасалған құрылғы және оның негізгі түйіндерінің ерекшеліктерін көрсету қажет және берілген мәндерде жобаланған құрылғының шығыс сигналының көрсеткіштері мәндерінің салыстырмалы талдамасының нәтижелерін көрсету қажет.

 

         3 Пәндік жұмысты орындау бойынша әдістемелік нұсқау

         3.1 Тапсырманың нұсқаларын таңдау

 

         А қосымшасының кестесінен  және  кіріс сигналдарындағы  шығыс сигналының тәуелділік теңдеуі таңдалынады, сонымен қатар құрылғы шығысына қосылған жүктеме кедергісі. Б қосымшасының кестесінен олардың мәндеріндегі диапазоны бар кіріс және шығыс сигналдардың формалары, бөгеулердің түрі мен жиілігі, сонымен қатар сигналдың информативті көрсеткіштерінің жиілік спектрі таңдалынады.

         3.1.1 Барлық нұсқаларда  кіріс сигналымен бірге аддитивті бөгеу де бар, сондықтан сигналдың жиілікті сүзгіленуі қажет. егер сигналда фиксирленген жиілік болатын болса, онда жіңішке жолақты таңдамалы сүзгіні пайдалану қажет. ФНЧ, ФВЧ және ПФ түрлеріндегі сүзгілер үшінші реттегі болуы қажет. Барлық сүзгілерде сигнал үшін 1-ге тең бергіш коэффициенті болуы қажет.

 

         3.2 Құрылғының функционалды схемасын дайындау

          

3.2.1 Функционалды схеманы дайындау – жұмыстың едәуір жауапты және шығармашылық бөлігі. Бастапқыда екі кіріс сигналдарынан тәуелді шығыс сигналдарының берілген тәуелділік теңдеуі бойыншакіріс сигналдармен бірге қандай математикалық іс-шаралар жүргізілетінін білу қажет. содан кейін әдебиеттік көздер бойынша электронды схемалардың действия принциптерімен танысу қажет, олар қажетті математикалық операцияларды іске асырады (суммалағыш, есептеуіш, көбейткіш, бөлгіш, логарифмдегіш, интегралдағыш, дифференциалдағыш және т.б.). осы сипаттамаларға сүйене отырып, едәуір жақын келетін схемаларды алу қажет. схемаларды таңдау және негіздеу кезінде интегралды микросхема базасындағы құрылғыларға назар аудару қажет.

 3.2.2 Функционалды схеманы жасауды кіріс сигналының уақытша диаграммасын тұрғызудан бастау қажет, ол кезде сол немесе басқа математикалық операцияларды орындайтын түйін кірісіне сол немесе басқа сигналдарды тікелей беруге болатынын тексеру қажет. Кіріс сигналдар тек бір өрісті кернеу формасында ғана емес, бір өрісті тоқ түрінде де; белсенді кедергі түрінде; айнымалы кернеу және тоқ; белсенді кедергі түрінде; информативті көрсеткіші оның следованиесы болатын импульстер тізбегі түрінде де болуы мүмкін.  Көріп отырғанымыздай, осыған ұқсас сигналдарды біріншіден келесідей сәйкесті схемалардың көмегімен бір өрісті кернеу формасына айналдыру қажет: прецизионды түзеткіш, тоқты кернеуге түрлендіргіш (ТҚТ), жиілікті кернеуге (ЖКТ), кедергіні кернеуге (ККТ).

Шығыс сигналдар тек кернеу түрінде ғана емес, сонымен қатар өзгеретін жиілік следованиесі бар импульс немесе тоқ түрінде де болуы мүмкін.  Мұндай жағдайларда құрылғының шығыс каскады ретінде тоқ шығысы бар күшейткіш немесе кернеуді жиілікке түрлендіргіш пайдаланылуы (КЖТ) қажет.

Құрылғының шығыс каскады мен жүктеме арасында үйлесім болуы қажет, бұл кезде келесіні ескереміз, операциялы күшейткіштердің микросхемалары шығыс сигналының максималды шамасын  дейін бере алады, ол кезде белсенді жүктемелік кернеу кем дегенде 1,5...2 кОм, яғни жүктемеге максималды тоқ мәнін кем дегенде 5...7 мА аралығында бере алады.  

Егер тапсырма бойынша жүктемеде жоғары кернеу немесе тоқ күшін қамтамасыз ету талап етілсе, онда ОУ шығысы мен жүктеме арасында буферлы транзисторлы каскадты пайдалану қажет.

 

3.3 Принципиалды схема

 

Функционалды схеманы құрғаннан кейін құрылғының принципиалды электр схемасы жасалады. әр функционалды түйін көптеген әртүрлі схемалардың көмегімен іске асырылуы мүмкін, олардың санының есебі жоқ. Тапсырмада құрылғы дәлдігіне талаптар қойылмағандықтан, түйіндердің схемасын таңдау кезінде жұмысы жеңіл талданатын салыстырмалы қарапайым схемаларға назар аудару қажет. схемаларды таңдау және есептеу кезінде негізінен [1,2,3,4,5] әдебиет көздеріне ориентироваться ету қажет. Библиографияда көрсетілген басқа да әдебиет көздері пайдалы болуы мүмкін.

3.3.1 Әдебиет және анықтамалық материалдардың мәліметтері негізінде жеке түйіндердің схема – техникалық шешімінің салыстырмалы талдамасын жүргізу қажет, олардан тапсырма аталаптарына сай келетін және берілген мәндерді қанағаттандыратын жеке түйіндерді таңдап алу қажет. шығыс сигналдарының жеке блоктарына қосылған түйіндер кірісімен үйлесімнің қамтамасыз етілуі талап етіледі, бұл кезде ОУ шығысындағы сигнал мәндері паспортты шамалардың максималды рұқсатты мәнінен аспауы қажет.

Түйіндердің кіріс және шығыс арасындағы фазалық қатынасты бақылау қажет және осыған байланысты құрылғы шығыс сигналының өрісі тапсырмамен сәйкес келуі қажет.

3.3.2 Жеке блоктардың кіріс және шығыс кернеулерінің деңгейін бір – бірімен үйлестіру кезінде, ОУ шығыс сигналы сызықты аймақта жататын ОУ жұмыс тәртібін қамтамасыз етуі қажет. деңгей үйлесімндегі есептеулерді жеңілдету мақсатымен кіріс сигналдарының барлық масштабты коэффициентін 0-ге тең деп аламыз. Бұл жерде кіріс сигналдарының бір өрісті кернеуге айналуы кезінде  және  сигналдары арасында  қатынасы сақталуы қажет.

Айтылғандарды үлгіде көрсетеміз.  сигналы тоқ түрінде берілді делік, оны тұрақты кернеуге айналдырамыз. Максималды кіріс тоғына сәйкес келетін ПТН максималды кернеу мәнін мысалы, 1 В тең деп аламыз.  сигналы ТТЛ деңгейінлегі импульс түрінде берілген, сигнал ақпараты импульстердің следования жиілігіне бекітілген.  сигналын ПЧН көмегімен бір өрісті кернеуге айналдырамыз, ары қарай ПЧН шығысындағы кернеудің максималды мәнін сол шамаға теңестіреміз, яғни 1 В.

Сызықтық тәртіптегі ОУ жұмысы үшін сигналдардың мәндері жоғары болған жағдайда, оларды кернеу бөлгіштері көмегімен төмендетуге болады, бірақ бұл кезде сол пропорциядағы басқа да сигналдарды төмендетуді де ұмыстпауымыз қажет.

Қоректендіру көздерінің есебі пәндік жұмысқа кірмейді, тек сұлбада қолданылатын әр қоректенетін кернеулер бойынша суммарлы тұтынылатын тоқты есептеу қажет.  

 

         3.4 Схеманың электрлік есебі

 

         3.4.1 Электрлік есеп берілген жүктемеде шығыс сигналдардың талап етілген көрсеткіштерін алу, элементтік базаны таңдау, пассивті элементтердің номиналды мәнін анықтау мақсатымен жүргізіледі. Элементтік базаны таңдау үшін ресейлік анықтамалармен қатар, алыс шетелдік әдебиеттерін де пайдалануға болады. Әр жағдайда да түсініктемелік хатта таңдалған элементтердің негізгі көрсеткіштері туралы мәліметтер келтіру керек. Түсініктемеде әр түйін схемаларының жұмыс принциптерін түсініктемесімен уақытша диаграмма түрінде сипаттау қажет. электрлік схемада ОУ коррекциясының тізбектері де болуы қажет.

         Құрылғының толық электрлік схемасы МЕМСТ бойынша А3 форматтағы парақта сызылуы қажет. ОУ электрлік схемасын сызу қажет емес.

         3.4.2 Жасалатын тапсырмалар жеке – жеке, бірақ барлық нұсқалар үшін келесі ұсынымдарды ескеру қажет. шығыс сигналдың кіріс сигналынан тәуелділік теңдеуімен сәйкесті келесіні анықтаймыз, шығыс сигналдың шекті мәні кіріс сигналдардың шекті мәндерімен байланысты болатынын +++8 бет. Содан кейін соңғы түйінге кірердегі сигнал шамасының өзгеру диапазоны қандай екенін анықтау қажет және ол шығыс сигналдың шекті шығыс мәніне сәйкес болуы қажет. Шығыстан бағыт бойынша кіріске қарай қозғала отырып, математикалық операцияларды жүргізетін әр түйіннің шығыс және кіріс сигналдары арасындағы талап етілген қатынасты есептеп шығару қажет. абсолютті шамасын таңдауға немесе анықтауға мүмкіндік береді. Сигнал деңгейлерін сәйкестендіру кезінде келесілерді есте ұстау қажет, ОУ шығыс сигналдары максималды паспортты шамадан аспауы қажет.

         3.4.3 Электрлік схеманың есебінен кейін құрылғыға бағдарламалық өнім арқылы сынақ жүргізу қажет, мысалы, Electronics Workbench. Тестілеу кезінде кіріске кіріс сигналдарының шекті мәндерін әртүрлі комбинацияда бере отырып, блоктардың шығыс сигналдарының мәндерінің өзгерісін бақылау қажет: 1)  2)  3)  4) . Құрылғының шығыс сигналы берілген жұмыстық формуламен сәйкес өзгеруі қажет және тапсырмада көрсетілген мәнге ие болуы қажет.

 

         3.5 Баспалы платаны дайындау

 

         3.5.1 Баспалы плата оқытушының келісімі бойынша схеманың қандай да бір фрагменті үшін жасалады. Баспалы платаның графигі МЕМСТ ережелерін сақтай отырып, А4 форматта сызылады.

         3.5.2 Қазіргі уақытта аппаратураны ықшамдаудың функционалды – модульды қағидасы қолданылуда. Стандартты разъем арқылы баспалы плата қоректендіру көздерімен, жүктемемен, басқару құрылғыларымен және де басқа блоктармен схемаларды біріктіру қарастырылуда. Студенттің таңдауы бойынша баспалы схема бір қабатты, сонымен қатар екі қабатты да болуы мүмкін.

 

         4 Пәндік жұмыстың орындалу тәртібі

 

         Құрылғыны дайындау тәртібін үлгіде қарастырамыз.

         4.1 Құрылғының функционалды схемасын құру

          және  кіріс сигналдарынан  шығыс сигналының тәуелділік теңдеуі берілген

 

          сигналы жиілігі 10 кГц айнымалы тоқ және 0-ден 1 мА өзгеретін амплитуда түрінде берілген.  сигналы ұзақтығы 10 мксек ТТЛ деңгейіндегі импульс түрінде және 3,4 В-тен 5 В-қа дейінгі аралықтағы тұрақты амплитуда түрінде берілген, следования жиілігі 0-ден 5 кГц аралығында өзгереді. Кіріс сигналының информативті көрсеткішінің жиілік спектрі сызықта 10 Гц-тен 100 Гц-ке дейінгі аралықта орналасқан. Құрылғыдан шығардағы сигнал 1000 Ом жүктемесінде, аралығы 0-ден +20 мА айнымалы тоқ түрінде көрсетілген. (1) теңдеумен сәйкес құрылғыда қосу, логарифмдеу, дифференциалдау, көбейту және интенралдау операциялары орындалады. Берілген теңдеу негізінде құрылғының функционалды схемасының жалпы түрін құрамыз, 1-сурет. Бірақ  және  кіріс сигналдары бір өрісті кернеу түрінде берілмегендіктен оларды суммалағышқа және интегралдағышқа тікелей бере алмаймыз. Сондықтан кіріс және шығыс сигналының формаларын түрлендіру мақсатымен функционалды схеманың бастапқы нұсқасын аяқтау қажет, осыған байланысты  кіріс сигналына салынған кедергілерді өшіру қажеттілігі туындайды.

          сигналында тұрақты жиіліктің айнымалы тоғы бар, оның информативті көрсеткіші амплитуда болып табылады. Біріншіден, тоқ айнымалы кернеу сигналына түрленуі қажет, осыдан кейін ол кедергілерден сүзгіленуі қажет, содан кейін ғана оны суммалағышқа беру үшін бір өрісті кернеуге түрлендіруге болады. Бұл үшін жиілік сүзгісінің және прецизионды амплитудалы түзеткіштің ПТН схемасын пайдаланамыз.

          сигналы ТТЛ деңгейіндегі тікбұрышты импульске ие, оның информативті көрсеткіші импульстің жиілік следованиесі болып табылады. Жиілік сигналын бір өрісті кернеуге түрлендіру үшін ПЧН схемасын қолданамыз. Құрылғының шығыс сигналы бір өрісті тоқ түрінде болуы қажет, бұл үшін көбейткіш шығысына ПНТ схемасын қосамыз, ол жүктемедегі тоқтың қажетті мәнін қамтамасыз етеді. Өңделген құрылымдық схема келесідей болады, 2 – сурет.

 

         4.2. Принципаиалды электр схемасын таңдау және есебі

 

         4.2.1 Функционалды схеманың сигнал деңгейін үйлестіру және таңдау

         Құрылғының функционалды схемасында бір қалыпсыз амплитудалы-жиілікті сипаттамасында екі құрылғы бар, бұлар дифференциалдауыш және интегралдауыш. Сигналдың информативті көрсеткішінің жиілік спектрінің ені 1 декаданы құраса, онда дифференциалдауыштың бергіш коэффициенті спектрдің 10 Гц төменгі жиілігі үшін 0 дб тең болуы қажет, ал спектрдің жоғары жиілігі үшін 20 дб, ол салыстырмалы бірліктерде 1 және 10 сәйкес келеді. Ал интегралдағыш үшін керісінше – тиімді хабарлама спектірінің төменгі жиілігі үшін керісінше – тиімді хабарлама спектірінің төменгі жиілігі үшін бергіш коэффициент 20 дб құрауы қажет, ал жоғарғы жиілік үшін 0 дб. Бұл кезде қандай да бір түйіннен шығардағы максималды кернеу ОУ жұмысының сызықты тәртібінен аспауы қажет, ал көптеген ОУ үшін шығыс сигналдарының диапазоны  құрайды. Дифференциалдауыш және интегралдауыш шығысындағы кернеудің өзгеру шегін қолданамыз,  10 В-тен +10 В дейін. Интегралдауыш кірісіне ПЧН шығысындағы сигнал келеді, осыған байланысты ПЧН шығысындағы кернеу деңгейі 5 кГЦ-ке тең.  сигналының максималды жиілігінде 1 В құрауы қажет.  сигналының нөлдік жиілігі кезінде ПЧН шығысындағы кернеу сәйкесті 0 В тең болуы қажет.

         Мұндай жағдайда түзеткіштің шығыс кернеуі де  сигналының 0 мА-дан 1 мА дейінгі өзгерісіне сәйкес ОВ-тан 1 В дейін өзгеруі қажет. Түзеткіш және жиілікті сүзгінің бергіш коэффициентін 1 тең деп аламыз, сол кезде ПТН шығыс сигналы да 0 В-тен 1 В дейін өзгеруі қажет.

         ПЧН ретінде дайын интегралды схемаларды пайдалану тиімді, мысалы, КР1101ПП1. Бұл ИС шығыс кернеуін оң өрісте алуымыз қажет. Интегралдағыш шығыс сигналына кірістің қарама – қарсы өрісін береді, сондықтан интегралдағыш шығысында 0 В-тан -10 В дейінгі теріс кернеу болады. Басқа жағынан қарасақ, дифференциалдауыш және логарифмдегіш кіріс сигналдарын инвертациялайды және олар суммалағышқа бір – бірімен тізбектей қосылған, сондықтан дифференциалдауыштың шығыс кернеуінің өрісі суммалағыш шығысының өрісін қайталайды.

         Интегралдауыш және дифференциалдауыш шығыс кернеулерінің өрістері бірдей болуы үшін суммалағыштың шығыс кернеуінің өрісі теріс болуы қажет. Бұл жерде суммалағыш инвертациялаушы болады.

         4.2.2 ПТС схемасы.  кіріс тоқ сигналы кернеуге түрлендіру үшін ОУ-дағы ПТН схемасын пайдаланамыз. Кіріс тоғының аз мәніне ие ОУ таңдаймыз [2,3,5]. Мұндай схемада (3-сурет) іс жүзінде барлық кіріс тоғы қайтымды байланыс кедергілері арқылы өтеді және шығыс кернеуі  тең болады. Бұл жерде студент таңдалған ПТН схемасының қысқаша сипаттамасын беруі қажет. ПТН схемасының ҚБ тізбегіндегі кедергілерді анықтаймыз. . Анықтамалардан және басқа да әдеби көздерден, мысалы [1], аз кіріс тоғы бар К14ОУД14 түріндегі ОУ таңдаймыз, осы жерде оның қосылу схемасы және негізгі көрсеткіштері көрсетілген:

Күшейткіш коэффициенті                                             50,

Қоректендіру кернеуі                         , В                            5...20,

Тұтыну тоғы                                         мА                          1,

Орташа кіріс тоғы                                нА                            5,

Жиілік сызығы                                      МГц                          0,5,

Шығыс сигналы                                    В                         12,

Минималды жүктеме                            кОм                         LM108

4.2.3 Сүзгілеу схемасы. Айнымалы кернеумен бірге ПТН шығысында  сигналындағы кең өрісті кедергі болады. Сигнал фиксирленген жиілікке ие, сондықтан кедергіні жою үшін аз өрісті таңдамалы сүзгіні қолданған жөн, мысалы, теріс қайтымды байланыс тізбегіндегі екіленген Т-тәрізді көпірі сияқты, (4-суретті қараңыз). Студент схеманың қысқаша сипаттамасын беруі қажет және оның АЧХ түрінде [2]. Осы квазирезонансты схеманың кедергісін жою дәрежесі сигнал жиілігіне көпірді бағыттау дәлдігімен анықталады. Сүзгіні өткізу жиілігі  формуласымен анықталады. С көпірінің плечіне сиымдылықтардды бере отырып, мысалы, , көпір плечінен резистор мәнін табамыз . Жақын стандартты номиналды табамыз . Кедергі мен сиымдылықтың зауыттық разбросын   ескере отырып, резисторлардың біреуіне айнымалы кедергіні  жалғаймыз, оның көмегімен схема отладкасы кезінде сүзгінің өткізу жиілігінің құрылуын жүргізеді. Көпірдің «аяқ» бөлшектерінің номиналын салыстырмалы түрде  және  тең деп аламыз. Кернеу бойынша сүзгі күшейткішін сигнал жиілігі үшін 1 тең деп аламыз, осыған сәйкес  сигналының масштабты коэффициент мәнін сақтау үшін. өткізу жиілігіндегі сүзгінің күштеу коэффициентін   формуласынан анықтаймыз, осы жерден  кедергісін табамыз.

         4.2.4 Түзеткіш схемасы. Кедергілерден сүзгіленген айнымалы кернеу сигналын ОУ-дағы прецизионды амплитудалы түзеткіш схемасының көмегімен тұрақты кернеуге айналдырамыз (5-суретті қараңыз).

         Бұл жерден студент формулалар мен уақытша диаграммаларды көрсете отырып, схема жұмысына қысқаша сипаттама береді, мысалы, [2]. Түзеткіштің шығыс кернеуі оң және кіріс кернеуінің амплитудасына тең. Сүзгілеу және түзеткіш схемасындағы элементтік базаны пайдаға асыру негізінде К140ОУД14 түріндегі ОУ пайдаланамыз.

         4.2.5 ПЧН схемасы.  сигналының ақпараттық көрсеткіштері – импульстердің следования жиілігін КР1108ПП1 түріндегі ИС дайын түрінде ПЧН көмегімен бір өрісті кернеуге айналдырамыз. Бұл ИС ПНЧ және ПЧН тәртіптерінде де жұмыс істейді. Бұл жерде студент КР1108ПП1 ИС блок-схемасының сипаттамасын беруі қажет, мысалы, [4]. ПЧН тәртібіндегі ИС жұмысы үшін аспалы элементтердің есебі интегралдайтын тізбектің  кедергісін, тіректі кернеу шамасын таңдауға  және уақыт беретін сиымдылықты  анықтауға сәйкес келеді. ПЧН шығыс кернеуі келесідей формуламен анықталады

мұнда  ПЧН кіріс сигналының максималды жиілігі.

 және  ұсынылған мәндерін [4] аламыз (4.1-кестесінен қараңыз). Сигнал жиілігінің 10 кГц дейінгі мәні:  және  құрайды. ПЧН маскималды шығыс кернеуі сонымен қатар, түзеткіш шығысындағы кернеу 1В тең болуы қажет, осыған сәйкес  және  сигналдар арасындағы қатынас өзгермеуі қажет. Бұл жерден тіректі кернеудің  мәнін табамыз. Тіректі кернеудің қажетті мәні  және  резисторларындағы бөлгіш кернеуінен алынады, ол КР1108ПП1 микросхемасының +15 В қоректендіру көзіне қосылған (сол жерден қараңыз). Бөлгіш резисторларының кедергілерін есептеу қажет.

4.2.6 Суммалағыш схемасы. Түзеткіштің шығыс кернеуін және ПЧН суммалау үшін [1,2,3,5] сипатталған инвертирлейтін суммалағыш схемасын пайдаланамыз. Бұл жерде студент суммалағыш жұмысына

Суммалау слагаемыйлардың масштабтын коэффициенттерінің өзгеруінсіз жүргізілуі қажет. Бұл жағдайда суммалағыш шығысындағы кернеу 0-ден 2 В аралығында өзгеруі мүмкін. ОУ ретінде К140УД14 пайдаланамыз. Схема есебі (6-сурет) қиын емес және кедергілердің мәндерін анықтауға сай келеді.

4.2.7 Логарифмдеуіш схемасы. Сигналды логарифмдеу ОУ-дағы схемамен жүргізіледі, ОС тізбегінде  ауыстырғышы қосылған (диод немесе транзичтор), ол 7-суретте көрсетілген. Логаримдеуіш жұмысын қысқаша сипаттау қажет, мысалы, [1,2]. [8] анықтамадан аз қайтымды тоғы бар диодты таңдаймыз. КД520А түріндегі диод келесідей көрсеткіштерге ие:

Тұрақты тура кернеу В.................................................1,

Тұрақты тура тоқ        мкА............................................1.

Өзінің кедергісін сақтай алатын ОС тізбегіндегі  диодтың максималды тоғы 0,5 мА құрайды.

 резистор кедергісін  шартынан анықтаймыз, осы жерден . Жақындағы стандартты номинал 3,9 кОм. Логарифмдегіштің максималды шығыс кернеуі

мұнда температуралық потенциал,  кезінде 26 мВ тең, сонда .

Сонымен, дифференциалдағыш жұмысы сызықты тәртіпте кепілдігі бар, себебі логарифмдеуіш шығысына қосылған кірістегі кернеу 1 В мәнінен тең. Логарифмдеуіштің ОУ кірісін симметриялау үшін  және  кедергілері бірдей болуы қажет,  20 кОм тең деп аламыз.

4.2.8 Дифференциалдағыш схемасы. Логарифмдеуіштің шығыс кернеуі дифференциалданған болуы қажет. Бұл операция ОУ схемасымен жүргізіледі, оның сипаттамасы [1,2,3,5,6] берілген. Бұл жерде дифференциалдағыш схемасының жұмысының сипаттамасына тоқталу қажет (8-суретті қараңыз), жиілікті сипаттамаларын және уақытша диаграммаларды жүргізу қажет, мысалы, [2]. Дифференциалдауыштың жиілік диапазоны оның кіріс сигналының барлық жиілік спектрін қосуы қажет, ол 10 ГЦ-тен 100 Гц дейін простиращийся.

Дифференциалдауыштың жұмыстық диапазонының шекті жиілігі схеманың элементтерімен байланысты: кедергілермен және конденсаторлармен ,  . Тиімді хаттама спектрінің жоғары жиілігіне тең бөлік жиілігін қабылдаймыз, яғни 100 Гц және конденсатордың сиымдылығын  бере отырып,  және  резисторларының кедергілерін табамыз.

 және .  конденстор сиымдылығын .  теңдеуінен анықтаймыз.  кедергісі ОУ кіріс тізбегін симметриялау үшін қажет және ол ОУ инверсті кірісіне жалғасқан белсенді кедергіге тең болуы қажет,  номиналын да 16 кОм тең деп аламыз.  сиымдылығын 100 нФ тең деп аламыз.

4.2.9 Интегралдауыш схемасы. 9-суреттегі схеманың шығысындағы кернеу кіріс сигналының кернеуіндегі интегралға ие. Берілген схема инвертациялайтын күшейткіш болып табылады және ООС тізбегіне конденсатор қосылған. Бұл жерде студент [1,2,3,5] схемасының жұмысын сипаттайды.  резистор және  С конденсатор арқылы тоқтың барлық сингалы өтуіндегі интегралдауыш үшін  өте аз кіріс тоғы бар ОУ-ды таңдау қажет, сонымен қатар ОУ-да жоғары өзіндік күшейткіш  коэффициенті де бар. Мұндар шарт К140УД14 қанағаттандырады [1]. ОУ белгілі болған көрсеткіштерден басқа интегралдауыш схемасы үшін басқа да мәндер бар:

орыннан таю кернеуі , мВ................................................5,

кіріс тоқтарының айырмашылықтары  нА.....................1,

уақыт бойынша тұрақты  с.................................................16*10-3 

ОУ таңдалған уақыт бойынша тұрақтылар анықтамада болмаған жағдайда, оны  формуласынан анықтауға болады. АЧХ интегралдауышы -20дб/дек иілмеге ие және бірлік күшейткіштің жиілігі сигнал жиілігі спектрінің жоғары шегіне сәйкес болуы қажет, яғни 100 Гц, ал төменгі жиілігі 10 Гц күшейткіш коэффициентіне сәйкес келеді және ол 10 тең.

Теңдеулерді пайдалана отырып, бірлік күшейткіш жиілігі үшін  және жиіліктің жұмыстық диапазонының төменгі жиілігі үшін .  Интегралдауыш схемасынан  және  мәндерін анықтаймыз. ОУ орын алмасуынан туындаған интегралдау қателігін төмендету үшін ОУ-ға тікелей кіру жолы  тең  кедергілері арқылы жерлендірілген. Осы кедергі үшін  шартынан таңдалынады.  анықтаймыз, 5,1 мОм номиналын қабылдаймыз.

 сиымдылығы, номиналды 330 пФ қабылдаймыз. Жиіліктердің жұмыстық диапазонының төменгі бөлігін анықтаймыз

.

Сонымен, схема  сигналының информативті көрсеткіштері жиілігінің барлық диапазонында интегралдауыш болып жұмыс істейді және өзінің қоры бар.

4.2.10 Көбейткіш схемасы. Екі сигналды көбейтуді сигналдарды логарифдеу, суммалағыш және схеманы потенциалдау арқылы жүргізуге болады. Параллельді симметриялы транзисторлы каскады бар [2,3,5] төрт квадратты көбейткіштердің ИС дайын түрлері де бар (К525ПС1 және К525ПС2). Бұл жерде студент [5] бойынша К525ПС2 көбейткішінің жұмысына қысқаша сипаттама беру қажет, оның блок-схемасын және негізгі көрсеткіштерін келтіру қажет.

К525ПС2 көбейткішінің ИС кернеу шығысы  тәуелділігінен анықталады. ИС кіріс сигналдары  шегінде өзгеруі мүмкін, көбейту қателігі – кем дегенде 1%.

 және  сигналдары өзара тәуелсіз және кездейсоқ болғандықтан, көбейткіш кірісіндегі екі сигнал бір уақытта максималды болуы мүмкін, яғни дифференциалдауыш шығысында  және интегралдауыш шығысында – . Нәтижесінде көбейткіш шығысындағы кернеу -1,61 В-тан +1,61 аралығында өзгереді.

4.2.11 ПНТ схемасы. ПНТ шығыс сигналы тоқ, күш болып табылады, ол жүктемеде кіріс кернеумен анықталады [1,2,5]. ПНТ схемасында ОУ тоқ бойынша теріс ОС – мен охватывается (10-суретті қараңыз).

Студент схеманың жұмысына сипаттама беруі қажет. Оқулықта [1, 331 бет] ПНТ есебінің нақты әдістемесі келтірілген. Тапсырма бойынша шығыс тоғының өрісі оң 0...+20мА және сол кезде ПНТ кіріс сигналы екі өрісті болуы да мүмкін . ПНТ жүктемесінің тоғы үшін теңдеу

,

Осыдан қорытындылайтынымыз: -1,62 В тең ПНТ кірісіндегі минималды сигналда шығыстағы тоқ 0 мА,  шартына жету үшін кіріске  орын ауыстыру кернеуін тұрақты түрде беру қажет. ОУ-ға орын ауысудың тұрақты берілу әдісі [7] сипатталған. Орын ауысудың қарапайым схемасы 10-суретте көрсетілген және  айнымалы резистордан тұрады, ол арқылы   алынады және  резистор арқылы ОУ-ға беріледі.  резистор номиналы .

Түсіндірмеде пайдаалнылған схемалар ОУ-дың түзетілмеген тізбектерімен, ОУ қорегінің қорытындысыз және т.б. келтірілген. Жалпы электр схемада барлық элементтер болуы қажет.

 

 

А қосымшасы

Құрылғыны жобалауға кететін тапсырма нұсқалары – 1 кесте

Сынақ кітапшасының соңғы саны

 және  кіріс сигналдарынан  шығыс сигналының тәуелділік теңдеуі берілген

 

Шығыс сигнал

 жүктеме кедергісі

0

Ітұр

0...20 мА

1 кОм

1

ТТЛ импульстері

0...10 кГц

 

5 кОМ

2

Uтұр

0...30 В

500 Ом

3

Ітұр

-10...+10 мА

2 кОм

4

ТТЛ импульстері

0...40 кГц

 

3 кОм

5

Uтұр

-20...+20 В

1 кОм

6

Ітұр

0...10 мА

3 кОм

7

ТТЛ импульстері

0...4 кГц

 

5 кОм

8

Uтұр

0...20 В

1 кОм

9

Ітұр

0...30 мА

2 кОм

 

 

Б қосымшасы

 

2 – кесте – кіріс сигналдарының, кедергілердің және жүктемелердің көрсеткіштері

 

Сынақ кітапшасының соңғысының алдындағы сан

 

 сигналы

 

 сигналы

 сигналындағы аддитивті кедергі

Сигналдардың информативті көрсеткіштерінің жиілік спектрі

0

ТТЛ импульстері

 

 

1...10 Гц

1

Белсенді кедергі

100...200 Ом

 

 

4...40 Гц

2

 

 

10...100 Гц

3

 

20...200 Гц

4

ТТЛ импульстері

 

 

30...300 Гц

5

 

15...150 Гц

6

ТТЛ импульстері

 

 

50...500 Гц

7

 

20...200 Гц

 

8

Белсенді кедергі

400...1000 Ом

 

 

3...30 Гц

9

ТТЛ импульстері

 

 

 

10...100 Гц

 

В қосымшасы

 

Кедергі мен сиымдылықтың номиналды мәндерінің шкаласы

Реті

Номиналды мәндер (ОМ, пФ)

Е24

1,0

1,1

1,0

1,3

1,5

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,7

3,0

3,3

3,6

3,9

4,3

4,7

5,1

5,6

6,2

6,8

7,5

8,2

9,1

 

Е12

1,0

 

1,0

 

1,5

 

1,8

 

2,2

 

2,7

 

3,3

 

3,9

 

4,7

 

5,6

 

6,8

 

8,2

 

 

Е6

1,0

 

 

 

1,5

 

 

 

2,2

 

 

 

3,3

 

 

 

4,7

 

 

 

6,8

 

 

 

 

 

Түсіндірме

Резистор кедергілерінің және конденсатор сиымдылығының номиналды мәндері стандартқа сай. Тұрақты резисторлар үшін 2825-67  МЕМСТ келісілді 6 түрі орнатылған: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192, ал айнымалы резистор үшін 10318-80 МЕМСТ сәйкес Е6 түрі орнатылған. Е әрпінен кейінгі сан әр ондық интервалдағы номиналды мәнді көрсетеді. Күнделікті практикада Е6, Е12, Е24 пайдаланылады.

Әр ондық интервалдағы кедергі мен сиымдылықтың номиналды мәні кестеде көрсетілген сандарға сәйкес келеді, сонымен қатар оларды  көбейтіп алған мәндерге де, мұндағы  бүтін оң сан.

Кедергі мен сиымдылықтың нақты мәндері қателіктерді дайындау салдарынан номиналдыдан ерекше болуы мүмкін.  %-бен берілген номиналды және нақты мәндер арасындағы айырмашылық номиналға қарағанда рұқсатты ауытқу шегінде жатады. 9664-74 МЕМСТ сәйкес кестеде келтірілген Е6, Е12, Е24 түрлеріне рұқсат сәйкесінше: 20%, 10%, 5% құрайды.

 

Әдебиеттер тізімі

 

     1. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. Учебник для ВУЗов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002.

     2. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: Корона-принт, 2004.

     3. Нестеренко Б.К. Интегральные операционные усилители: справочное пособие по применению. – М.: Энергоатомиздат, 1982.

     4.  Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах устройствах. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

     5. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. – М.: Радио и связь, 1990.

 

Негізгі  жоспар 2012 ж, поз. 176