Электрический расчет каскадов

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Общая часть

1.1 Введение

     За  последние годы отечественная радио  и электронная промышленность достигла значительных достижений в области  освоения новых технологии производства радиоэлектронных средств (РЭС). Совершенствуется технология производства за счет создания гибкого автоматизированного производства (ГАП) с максимальным внедрением роботов и других средств механизации и автоматизации в наиболее трудоемких операциях сборки, монтажа, контроля и измерения.

     Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных и полупроводниковых приборов, интегральная электроника микросхем, функциональная электроника.

     Элементная  база первого поколения была построена  с использованием электровакуумных ламп, дискретных электрорадиоэлементов (ЭРЭ), проводных электрических связей. Сложность технологии электровакуумных приборов, небольшой срок службы, значительные габаритные размеры и масса, большое потребление электроэнергии послужили стимулом к появлению второго поколения электроники.

     Ко  второму поколению относят конструкции  РЭС на полупроводниковых ЭРЭ, которые по сравнению с электровакуумными приборами имеют меньшие габаритные размеры, потребляемую энергию, большие КПД, срок службы и надежность.

     К третьему поколению относят конструкции  на печатных платах и интегральных схемах (ИМС) малой степени интеграции. Технология изготовления аппаратуры на микросхемах упрощается, т.к. уменьшается общее число деталей и соединений между ними. Благодаря этому увеличивается надежность аппаратуры, уменьшаются ее габаритные размеры и масса.

     Появление ИМС сыграло решающую роль в развитии электроники, положив начало новому этапу – микроэлектроника. В конструкциях РЭС четвертого поколения применены большие интегральные схемы (БИС), многослойные печатные платы (ПП), гибкие печатные шлейфы, микрополосковые линии.

     В настоящее время развиваются  РЭС пятого поколения, в которых находят применение приборы функциональной электроники.

     Основными тенденциями и перспективами  в современном производстве РЭС  является применение безвыводных ЭРЭ (чипов), уменьшение потребляемой мощности, повышение надежности и срока службы, упрощение технологии.

 Технология  производства РЭС – это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, а также сами производственные процессы, при которых происходит качественное изменение обрабатываемого объекта.

     Перспективы развития РЭС:

        -       миниатюризация изделия

         -       усложнение функций РЭС;

         -       внедрение новых материалов.

     В настоящее время в мире используется всё больше транспортных средств: автомобилей, автобусов, мотоциклов. Все они имеют  аккумуляторные батареи для запуска  двигателей. В процессе эксплуатации аккумуляторы разряжаются (уменьшается  плотность электролита), поэтому  их необходимо подзаряжать.

     Поэтому целью дипломного проекта является разработка и изготовление устройства зарядного, предназначенного для зарядки аккумуляторных батарей. 

 
1.2   Анализ технического  задания

     Диктофон  цифровой предназначен для записи и последующего воспроизведения звуковой информации.

     Запитывается  диктофон напряжением, равным 5 В.

     Большую часть элементов устройства необходимо смонтировать на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, размер которой не более 100x80x1,5 мм.

     Необходимо  обеспечить выходную мощность не менее 2,5 В.

     Для обеспечения требований техники  безопасности прибор необходимо поместить в пластмассовый корпус, применить изоляционные материалы на выходных   зажимах.   Для   предохранения   от   коротких   замыканий необходимо предусмотреть предохранитель.

Средняя наработка на отказ Т_ср. должна быть не менее 10⁵ часов.

     Устройство  должно использоваться в условиях соответствующих умеренному (У) климатическому исполнению и относящихся к 3 и 4 категориям условий эксплуатации.

     Ежемесячные нормы запуска и выпуска должны соответственно составлять  

     

 
 

3. Разработка  структурной схемы

 

     Существуют, в основном, три метода разработки структурных электрических схем: эвристический, математический и метод функционального наращивания.

     ЭВРИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД основан на накоплении опыта, анализе литературы и на интуитивных соображениях. На основе анализа исходных данных создается несколько моделей структурных схем и выбирается более простая, надежная и дешевая.

     МАТЕМАТИЧЕСКИЙ  МЕТОД основан на создании модели - математического описания внешних воздействий и работы самого устройства. Проводится анализ модели (математический расчет, имитационное моделирование на ЭВМ, испытание макетов). В результате анализа модели определяются значения показателей качества в зависимости от параметров модели. Таких моделей может быть несколько.

     МЕТОД ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАРАЩИВАНИЯ применяется наиболее часто. Он заключается в следующем. На основе исходных данных составляется перечень функций, который должно реализовывать разрабатываемое устройство. Далее изображается схема этого устройства путем условных прямоугольных изображений структурных единиц с изображением линий связи между ними в соответствующем порядке узлов, реализующих эти функции.

    Для разработки структурной схемы дипломного проекта, использован методом функционального наращивания.

    При этом определены следующие основные функции, которые должно реализовать разрабатываемое устройство:

          -       Устройство выборки-хранения;

          -       Генератор тактовой частоты;

          -       Микрофонный предварительный усилитель;

          -       Энергонезависимая память;

          -       Система АРУ;

          -      Фильтр линейной  интерполяции формы сигнала при  преобразовании цифра-аналового  сигнала;

          -       Сглаживающий  фильтр;

          -       УНЧ.

    В соответствии с выполняемыми функциями  схема электрическая структурная имеет вид, показанный на рисунке 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

        1.4    Разработка схемы электрической принципиальной 

    Задачей разработки электрической схемы  проектируемого устройства является выбор и обоснование принципиальных схем каскадов для реализации структурной схемы.

        Исходя из разработанной структурной  схемы, разрабатываемое устройство  содержит следующие каскады:

        - источник питания;

        - входные цепи;

       - АЦП;

        - тактовый генератор;

        - энергонезависимую память;

        - контроллер запись/чтение;

        - блок индикации и управления;

        - ЦАП;

        - сглаживающий фильтр;

        - УНЧ.

     

       Основу диктофона целесообразно выполнять на микросхеме DA1, которая в себя включает: АЦП, тактовый генератор, энергонезависимую память, контроллер, ЦАП, сглаживающий фильтр. Блок входных цепей обеспечивает усиление входного сигнала от микрофона и ограничение верхней частоты входного сигнала до 4 кГц. Усиленный сигнал поступает на АЦП, где преобразуется по сигналам от тактового генератора в кодовые отсчеты по уровню, представленные в двоичном коде. Генератор тактовой частоты (генератор тактовых импульсов) генерирует электрические импульсы заданной частоты (прямоугольной формы) . Тактовые импульсы  используются как эталонная частота. Кодовые отсчеты поступают в энергонезависимую память, где посредством контроллера записи/чтения происходит их запись. Контроллер записи/чтения формирует необходимые сигналы для записи и чтения из энергонезависимой памяти. В свою очередь, он получает управляющие сигналы от блока индикации и управления. При воспроизведении голоса происходит выборка кодовых отсчетов из энергонезависимой памяти и подача их на ЦАП, где и происходит их преобразование в аналоговый сигнал. Основной задачей сглаживающего фильтра является снижение пульсации (до 50 Гц). 

        Блок питания целесообразно реализовать по схеме, изображенной на рисунке 2:

 Рисунок 2 – Блок питания 

        Блок  питания должен выдавать  напряжение +5В. Выпрямление переменного электрического тока происходит благодаря выпрямителю VD1. Блок питания имеет два фильтрующих конденсатора. Стабилизация выходного напряжения осуществляется стабилитроном VD2.

        УНЧ целесообразно реализовывать  по схеме, изображенной на рисунке  3: 
 

 

                              Рисунок 3 – УНЧ 

        УНЧ собран на микросхеме TA7230P. Преимуществом данной схемы является ее простота и надежность. Данный УНЧ усиливает сигнал до 2,5 Вт.

        Таким образом, разработанная  схема электрическая принципиальная  будет иметь вид, изображенный  на рисунке 4: 
 
 
 
 

     
 
 

1.5  Выбор элементной  базы

    Выбор электрорадиоэлементов (ЭРЭ) должен быть сделан так, чтобы обеспечить надежную работу узла, блока. При этом необходимо стремиться к выбору недорогих элементов и имеющих широкое применение в современной радиоаппаратуре и добиваться максимальной простоты сборки и электрического монтажа, регулировки и эксплуатации. ЭРЭ выбраны по справочной литературе и техническим условиям (ТУ).

Следует учесть следующие особенности выбора:

1. ИМС выбираются: по функциональному назначению (аналоговые, многофункциональные,     усилители,     преобразователи,     стабилизаторы, цифровые),   по   рабочему   диапазону   частот,   рабочему   напряжению, потребляемому току, температурной стабильности параметров. Основу диктофона цифрового целесообразно собрать на микросхеме 2590P,т.к. она обладает заданными характеристиками и каскадами. УНЧ следует выполнить на микросхеме 7230P, т.к. она недорого стоит и достаточно надежна.
2. ТРАНЗИСТОРЫ выбираются для работы в узле РЭС с учетом таких 
   параметров:

• Коэффициент усиления на рабочих частотах (h₂₁).

• Максимально рассеиваемая мощность на коллекторе.
• Максимально   допустимое   напряжение   между   коллектором   и 
  эмиттером (базой).
• Максимальная рабочая частота.
• Величина   входного   сопротивления   (биполярные   или   полевые 
  транзисторы).
• Целесообразно для блока питания использовать транзисторы 
  КТ315В, КТ814Б, т.к. они надёжны, дешевы и обладают требуемыми 
  характеристиками.

3.     РЕЗИСТОРЫ выбираются: