Разработка структурной схемы

 

Здесь производится обзор существующих узлов блоков, построенных различными способами и на различной элементной базе. Дается сравнительная оценка способов построения по экономичности, надежности, сложности, достижимым характеристикам и параметрам и обосновывается выбор структурной схемы.

Для правильного выбора структурной схемы целесообразно из существующих методов выбрать метод функционального наращивания,т.е. на основе известных исходных данных составляется перечень функций, которое должно реализовать разрабатываемое устройство.

Далее изображается схема этого устройства путем условных прямоугольных изображений структурных единиц с линиями связи между ними. Прямоугольники, обозначающие конкретные узлы разрабатываемого устройства, изображаются поочередно в соответствии с выполняемыми функциями.

Например

Для составления структурной схемы устройства выбирается метод функционального наращивания.

Основными функциями устройства слежения за яркостью освещения являются:

- слежение за освещенностью помещения;

- подача светового сигнала при недостаточном уровне освещенности;

- вторичное питание устройсва;

На основе вышеизложенных функций, устройство будет включать в себя следующие устройства:

- генератор импульсов;

- счетчик;

- устройство слежения за освещенностью;

- устройство памяти;

- ключ электронный;

- индикатор;

- блик питания.

Тогда структурная схема устройства слежения за яркостью освещения будет иметь вид, представленный на рисунке 1.

 

 

Разработка схемы электрической принципиальной

 

 

После проведенного анализа схемных решений выбирается наиболее подходящая схема электрическая принципиальная функционального узла.

Критерии выбора: простота, надежность, стоимость при выполнении заданных требований. Схема может быть дополнена новыми схемными решениями.

Выбранная схема вычерчивается полностью в пояснительной записке с буквенно-цифровыми обозначениями. При этом номиналы значений параметров электрорадиоэлементов (ЭРЭ) не обозначаются. На основании принципиальных схем каскадов строится схема электрическая принципиальная устройства. Эта схема является основной для оформления графической части курсового проекта.

Например,

Вначале производится анализ известных схемных решений проектируемого каскада, приводится схема одного из них. И на основании анализа исходных данных и принятой структурной схемы выбирается наиболее подходящая электрическая схема. Критерии выбора: простота, надежность, дешевизна при выполнении заданных требований. Она может быть дополнена, усовершенствована новыми схемными решениями.

Генератор импульсов целесообразно выполнить по схеме, собранной на таймере NE555. Такая схема обеспечит уровень импульсов, необходимый для работы проектируемого устройства. Схема представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема электрическая принципиальная генератора импульсов

В целях простоты и надежности наиболее подходящей схемой счетчика является схема, выполненная на микросхеме К561ИЕ10. Данный счетчик является восьмиразрядным двоичным счетчиком. Это достигается путем соединения выхода Q4 первого счетчика со сходом CP второго. Схема данного счетчика представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема электрическая принципиальная счетчика

 

В качестве элемента,реагирующего на освещенность разумно применить фоторезистор совместно с операционным усилителем без обратной связи, который будет работать как компаратор напряжения и реагировать на изменения сопротивления фоторезистора. Схема каскада представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема электрическая принципиальная каскада, определяющего освещенность

В целях простоты устройства слежения за яркостью освещения в качестве устройства памяти используется триггер, который является простейшей ячейкой памяти. Схема каскада памяти представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема электрическая принципиальная каскада памяти

 

Электрический ключ представляет собой полевой транзистор, который открывается при подаче положительного импульса с выхода триггера. Схема приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема электрическая принципиальная ключа электронного

 

В качестве индикатора целесообразно применить мигающий светодиод красного цвета. Его принципиальная схема показана на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема электрическая принципиальная индикатора

Существует множество схемных решений выполнения источника питания. Из всего разнообразия схем целесообразно будет выбрать схему, в которой используются дискретные элементы. Питание устройство получает от трансформаторного блока питания, состоящего из выпрямителя и стабилизатора.

Схема электрическая принципиальная трансформаторного источника питания изображена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Схема электрическая принципиальная блока питания

 

Выбор элементной базы

 

Выбор ЭРЭ должен быть сделан так, чтобы обеспечить надежную работу узла, каскада, блока питания и устройства в целом. При этом необходимо стремиться к выбору отечественных недорогих элементов, имеющих широкое применение в современной радиоаппаратуре, к максимальной микросхемизацией разрабатываемого узла и добиваться максимальной простоты сборки и электрического монтажа, регулировки и эксплуатации. Все ЭРЭ выбираются по справочной литературе.

Следует также 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.

2. ТРАНЗИСТОРЫ выбираются для работы в узле РЭС с учетом таких параметров:

- коэффициент усиления на рабочих частотах (h₂i э);

- максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе;

- максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером (базой);

- максимальная рабочая частота.;

- величина входного сопротивления (биполярные или полевые транзисторы).

3. РЕЗИСТОРЫ выбираются:

- по величине рассеиваемой мощности;

- по типу проводящего слоя - непроволочные, проволочные (подстроечные);

- по максимальному рабочему напряжению (например МЛТ - 2 Вт имеет U_{раб max} > 750 В, а МЛТ - 1 Вт имеют U_{pa6 max}<750 В);

- по классу точности от ±0,1 % до 20 %;

- по температурному коэффициенту сопротивления (ТКС).

4. КОНДЕНСАТОРЫ выбираются:

- по типу - электролитические С > 1 - 2 мкФ;

- керамические и прочие С> 1 мкФ;

- по номинальному напряжению U_HOM > (1,3 - 1,5) U_paб (U_HOM должно быть в 1,5 раза больше рабочего напряжения U_pa6 с учетом переменной составляющей;

- по классу точности от ± 1% до 90%;

- по температурному коэффициенту емкости (ТКЕ).

5. ДИОДЫ выбираются:

- по максимально выпрямляемому току i_{0 max};

- максимально допустимому обратному напряжению U_{o6p max};

- прямой рассеиваемой мощности Р_пр;

- стабилитроны выбираются по напряжению (U_CT), пределам рабочего тока стабилизации (I_{CT min} и I_{CT max}) и как правило выбираются по наименьшему току стабилизации с целью экономии потребляемого тока.

Для вышеуказанной схемы выбраны следующие ЭРЭ:

ИМС:

а) DA1 – КР140УД1208 – операционный усилитель:

- рабочий диапазон частот – от 0,01 МГц до 0,1 МГц;

- рабочее напряжение – от 3 В до 15 В;

- потребляемый ток – не более 190 мкА;

- диапазон рабочих температур – от минус 60 до плюс 85 °С;

б) DD1 – NE555 – таймер:

- рабочий диапазон частот – от 15 Гц до 44,5 МГц;

- рабочее напряжение – от 3 В до 15 В;

- потребляемый ток – не более 15 мА;

- диапазон рабочих температур – от минус 45 до плюс 70 °С;

в) DD2 – К561ИЕ10 – четырехразрядный счетчик:

- рабочий диапазон частот – от 15 Гц до 50МГц;

- рабочее напряжение – от 3 В до 15 В;

- потребляемый ток – не более 10 мА;

- диапазон рабочих температур – от минус 40 до плюс 85 °С;

г) DD3 – К561ЛА7 –четыре логических элемента 2И-НЕ:

- рабочий диапазон частот – от 15 Гц до 50МГц;

- рабочее напряжение – от 3 В до 15 В;

- потребляемый ток – не более 10 мА;

-диапазон рабочих температур – от минус 40 до плюс 85 °С;

д) DD4 – К561ТМ2 – два D-триггера:

- рабочий диапазон частот – от 15 Гц до 50МГц;

- рабочее напряжение – от 3 В до 15 В;

- потребляемый ток – не более 10 мА;

- диапазон рабочих температур – от минус 40 до плюс 85 °С.

 

Транзисторы:

а) VT1 – КП504А;

- максимальная рассеиваемая мощность – 1 Вт:

- максимально допустимое напряжение сток-исток – 240 В;

- максимально допустимое напряжение затвор-исток – 10 В;

- сопротивление сток-исток в открытом состоянии – 8 Ом;

б) VT2 – КТ815В:

- коэффициент усиления на рабочих частотах – 40;

- максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе – 1 Вт;

- максимально допустимое напряжение коллектор эмиттер – 60 В;

- максимально допустимое напряжение эмиттер-база – 5 В;

- входное сопротивление – 300 Ом.

 

Резисторы:

а) R1, R10 – МЛТ-0,5:

- класс точности – 10%;

- максимальное рабочее напряжение – 250 В;

- максимальная рассеиваемая мощность – 0,5 Вт;

- температурный коэффициент сопротивления – 10;

б) R5, R8, R9 – МЛТ-0,25:

- класс точности – 10%;

- максимальное рабочее напряжение – 250 В;

- максимальная рассеиваемая мощность – 0,25 Вт;

- температурный коэффициент сопротивления – 10;

в) R2-R4, R6, R7, R11, R12 – МЛТ-0,125:

- класс точности – 10%;

- максимальное рабочее напряжение – 250 В;

- максимальная рассеиваемая мощность – 0,125 Вт;

- температурный коэффициент сопротивления – 10.

 

Конденсаторы:

а) C1, C3, C7-C9 – электролитические К50-35:

- номинальное напряжение – 16 В;

- класс точности – 5%;

- температурный коэффициент емкости – 0,01;

б) С2, С4-С6 – керамические К10-17:

- номинальное напряжение – до 1600 В;

- класс точности – 5%;

- температурный коэффициент емкости – 0,01.

 

Диоды:

а) VD1-VD4 – КД522Б:

- максимально выпрямляемый ток – 100мА;

- максимально допустимое обратное напряжение – 50 В;

б) VD5-VD8 – КД405А:

- максимально выпрямляемый ток – 1 А;

- максимально допустимое постоянное обратное напряжение – 600 В.

 

Стабилитроны:

VD9 – КС157А:

- минимальное напряжение стабилизации – 5 В;

- максимальное напряжение стабилизации – 6,2 В;

- минимальный ток стабилизации – 3мА;

- максимальный ток стабилизации – 55 мА.

 

Светодиоды:

а) HL1 – L-56BRD:

- максимальное прямое напряжение – 12 В;

- номинальный прямой ток – 56 мА;

- цвет свечения – красный мигающий.

б) HL2 – АЛ307НМ:

- максимальный прямой ток – 22мА;

- номинальное напряжение питания – 2,8 В;

- цвет свечения – зеленый;

 

Фоторезистор:

BL1 – СФ3-1

- максимальное рабочее напряжение – 15В;

- темновое сопротивление – 30МОм.

 

Переключатели:

SA1 – перекидной переключатель.

 

Соединители:

ХР1 – шнур подключения к сети 220В, 50 Гц.

 

Трансформатор:

T1– ТП-220-12

 

Выбор электрорадиоэлементов произведен из недорогих элементов, имеющих широкое применение в современной радиоэлектронной аппаратуре. Они обеспечивают максимальную простоту сборки, электрического монтажа, регулировки и эксплуатации.

Выбор электрорадиоэлементов осуществлен по справочной литературе и ТУ.

 

 

РАЗДЕЛ 2 Расчетная часть