Название: Разработка электронного функционального устройства, реализующего передаточную функцию
Вид работы: курсовая работа
Рубрика: Коммуникации и связь
Размер файла: 84 Kb
Скачать файл: referat.me-169000.docx
Краткое описание работы: Разработка принципиальной схемы, статический и динамический расчет. Выбор электронных элементов схемы (операционного усилителя, конденсаторов, резисторов) и конструирование печатной платы. Расчёт надёжности устройства и области его нормальной работы.
Разработка электронного функционального устройства, реализующего передаточную функцию
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. При этом подстроечные резисторы R1 и R3 позволяют настраивать, соответственно, постоянную времени и коэффициент усиления звена.
Подключение разработанного функционального устройства выполняется через концевой разъём XC1.
Печатная плата
Чертёж печатной платы устройства и сборочный чертёж приведены на листах КАПП.220201.108 и КАПП.220201.108.СБ данного курсового проекта.
Расчёт надёжности проектируемого устройства
Расчёт надёжности проектируемого устройства сводится к определению вероятности безотказной, среднего времени безотказной работы и интенсивности отказа. Вероятность безотказной работы устройства за 1000 часов определена при условии, что закон распределения экспоненциальный, а интенсивность отказов элементов, входящих в устройство, соответствует значениям приведённым в таблице 5.1.
Среднее время безотказной работы устройства
|


На рисунке 5.1 показана плотность вероятности безотказной работы комплекта.
Рисунок 5.1 – График зависимости вероятности безотказной работы от времени
Расчет области нормальной работы устройства
Расчет АЧХ и ФЧХ реальной и идеальной систем с параметрами R1 и R3
Расчет будем вести используя параметры:
R3=10000 Ом
R1=50000 Ом
С= 0,000001 Ф
Rвх= 1000000 Ом
Коу= 30000
Рисунок 6.1 – График амплитудно-частотной характеристики идеального и реального устройства.
Рисунок 6.1 – График фазово-частотной характеристики идеального и реального устройства.
-область нормальной работы найденная по АЧХ
-область нормальной работы найденная по ФЧХ
Область нормальной работы устройства начинается с
Инструкция по эксплуатации
Общие сведения
Разработанное функциональное электронное устройство представляет собой реальное дифференциальное звено.
Прибор предназначен для использования лабораторных и производственных условиях.
Хранение устройства
Длительное хранение устройства должно осуществляться в отапливаемых, хорошо вентилируемых помещениях при температуре от плюс 10 °С до плюс 55 °С, и относительной влажности не более 80%. В воздухе помещений не должно быть пыли, а также газов и паров, вызывающих коррозию.
Условия эксплуатации
Устройство рассчитано на работу при температуре от минус 10 °С до плюс 50 °С и относительной влажности до 80%.
Монтаж устройства
Установка собранного и предварительно отлаженного устройства производится при отключённом напряжении питания. Устройство крепится в требуемом месте на 4-х винтах.
Настройка устройства
Переменным резистором R1 установить требуемый коэффициент усиления устройства, а переменным резистором R3 – постоянную времени дифференцирования.
Заключение
Полученное устройство можно применять в качестве регулятора с настраиваемыми параметрами Т и К.
В данной работе были изучены возможные схемы использования операционных усилителей, а также получение с помощью них стандартных звеньев.
Похожие работы
-
Расчет выходной реакции линейной цепи с помощью операционного метода и метода прямой свертки
Курсовая работа По дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы» Тема: Расчет выходной реакции линейной цепи с помощью операционного метода и метода прямой свертки.
-
Проектирование и конструирование универсального щупа-индикатора
1. Техническое задание. Назначение и область применения. Прибор предназначен для предварительной оценки функционирования узлов при ремонте и наладке электронных устройств. Прибор позволяет определить:
-
Усилитель низкой частоты
Обоснование и выбор функциональной схемы усилителя низкой частоты. Выбор функциональной схемы. Предварительный усилитель и усилитель мощности. Особенности выбора обратной связи и операционного усилителя для ВУ и ПУ. Питание операционных усилителей.
-
Конструирование печатного узла
Министерство образования РФ Тамбовский государственный Технический университет Кафедра КРЭМС Лабораторно-конструкторский практикум по дисциплине «Конструирование РЭС»
-
Расчет операционного усилителя
Министерство сельского хозяйства российской федерации Фгоу впо орловский государственный аграрный университет Факультет Агротехники и энергообеспечения
-
Разработка электронных часов
Описание работы электронных часов и микроконтроллера АТTiny2313 фирмы Atmel. Выходные буферы порта. Принципиальная схема электронных часов. Разработка печатной платы и практическое её применение. Принципы программирования и прошивки микроконтроллера.
-
Основные положения расчета надежности функционального узла печатной платы
Понятие надежности и отказа как физических свойств изделия. Восстанавливаемые и невосстанавливаемые изделия, их качественные и количественные характеристики. Суть интенсивности отказа. Роль и влияние на надежность коэффициента нагрузки и температуры.
-
Расчет усилителя радиочастоты, предназначенного для усиления АМ сигнала
Использование для усиления узкополосных сигналов так называемых резонансных усилителей (ламповых и транзисторных). Разработка принципиальной электрической схемы усилителя сигнала с амплитудной модуляцией. Расчет характеристики, графика выходного сигнала.
-
Синтез и построение системы управления динамическими объектами
Синтез системы управления квазистационарным объектом. Математическая модель нестационарного динамического объекта. Передаточные функции звеньев системы управления. Построение желаемых логарифмических амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик.
-
Проектирование и анализ активного электрического фильтра
Разработка активного электрического фильтра Баттерворта 6-го порядка на основе идеального операционного усилителя (ОУ). Изучение проектирования фильтров при использовании современных методов расчета – программы Microcap. Построение АЧХ и ФЧХ фильтра.