Электронной база

Содержание

 Введение                                                                                          3

1. Анализ схемы электрической принципиальной устройства  4

2  Описание принципа работы                                                      6

2.1Характеристика пассивных радиоэлементов                         8

2.2 Подбор пассивных радиоэлементов по группам                  11

3. Характеристика активных радиоэлементов                           13
4. Подбор активных радиоэлементов по группам                     15

3     Подбор зарубежных аналогов                                                17

 Выводы о проделанной работе                                                     18

 Список использованных источников                                           19

Введение

Данная модель частотомера является очень малогабаритной поэтому его можно назвать «карманным». Кроме частоты он измеряет ее отклонение относительно зафиксированного значения и подсчитывает число импульсов. Прибор прост в повторении и содержит минимальное число радиоэлементов.

1. Анализ схемы электрической принципиальной устройства

 Схема малогабаритного частотомера включает в себя следующие

элементы:  

• Микроконтроллер PIC12F629(DD1)
• Усилительный входной транзистор КТ3102А (VT1)
• Цифровой индикатор HT1610 (HG1)
• Гальванический элемент питания 8-9 В (GB1)

Рисунок 1.1 – Схема электрическая принципиальная

     Базовый состав радиоэлементов:

• Постоянные резисторы R1,R2,R3,R4,R6,R7,R8,R9
• Подстроечные резисторы R5
• Конденсаторы постоянной емкости C1,C2,C3,C4,C6,C7,C8
• Подстроечный конденсатор С5
• Кварцевый резонатор ZQ1
• Микросхема LM2931Z-5.0
• Выключатель SA1
• Кнопка с возвратом SB1

2. Описание принципа работы.

Частотомер измеряет частоту сигнала в диапазоне 10Гц-50МГц со временем отсчета 0,1 с и 1 с с отклонением частоты +-10МГц а так же осуществляет счет импульсов с отображением интервала счета (до 99 с). Входное сопротивление составляет 50…100 Ом на частоте 50 МГц и увеличивается на несколько мегаом при низшей частоте измерения. Схема частотомера показан на рисунке 1. Основной элемент – микроконтроллер PIC12F629(DD1), работающий на кодовой программе. Измерение частоты осуществляется посредством подсчета числа импульсов за фиксированный временной интервал. Используются два интервала – 0,1 с и 1 с. В первом случае для получения частоты число импульсов умножается на 10, во втором – значение числа импульсов и частоты совпадают. Микроконтроллер содержит два таймера-счетчика (TMR0 и TMR1), первый из которых используется для счета импульсов, а второй – для отсчета временных интервалов. Благодаря встроенному асинхронному восьмиразрядному предделителю максимальная измеряемая частота сверху сверху ограничена только скоростью работы его триггеров и не зависит от тактовой частоты микроконтроллера. Однако содержимое предделителя невозможно  считать программно, и для того чтобы его «извлечь», использован метод, описание которого приведено в статье Д. Яблокова и В. Ульриха «Частотомер на PIC-контроллере».

Усилитель входного сигнала собран на транзисторе VT1, с коллектора которого ипульсный сигнал поступает на вход T0CKI (вывод 5) микроконтроллера DD1. Для отображения информации применен цифровой индикатор HT1610 (HG1) со встроенным контроллером. При работе в режиме ведомого вход НК индикатора HG1 соединяют с общим проводом, а данные передаются последовательно 4-битными посылками по линиям DI и CLK. Ограниченное число линий ввода-вывода микроконтроллера DD1 не позволило выделить две из них для реализации штатного режима передачи данных, поэтому данные и синхроимпульсы пришлось передавать с выхода GP0 микроконтроллера DD1 через резистивные делители. На вход CLK индикатора HG1 импульсы поступают через делитель R7R9, а на вход DI – через интегрирующий делитель R6R8C8. Для передачи низкого логического уровня (логического 0) на выходе GP0 микроконтроллера DD1 формируется импульс напряжения длительностью 5

мкс. При этом конденсатор С8 зарядиться не успевает и по спаду импульса на входе DI в индикатор HG1 запишется логический 0. Для передачи логической 1 длительность импульса намного больше постоянной времени цепи R6R8C8, и конденсатор С8 успевает зарядиться до высокого логического уровня, поэтому будет записана логическая 1. Пауза между импульсами также должна быть более постоянной времени цепи R6R8C8, чтобы конденсатор С8 успел разрядиться полностью.

Питание частотомера осуществляется от гальванической или аккумуляторной батареи напряжением 8 – 9 В. Напряжение питания усилителя и микроконтроллера стабилизировано интегральным стабилизатором DA10. На индикатор HG1 питающее напряжение поступает с движка подстроечного резистора R5, оно должно находиться пределах 1,4…1,6 В.

После включения питания микроконтроллер выполняет программу измерения частоты со временем отсчета 0,1 с. При кратковременном нажатии на кнопу SB1 значение частоты фиксируется и микроконтроллер измеряет отклонение частоты от  зафиксированного значения с последующим отображением этого отклонения на табло индикатора HG1. Повторное кратковременное нажатие на кнопку SB1 возвращает устройство в исходное состояние. Для перехода в режим измерения частоты и ее отклонения с временем отсчета 1 с следует нажать кнопку SB1 и удерживать ее не менее 2 с. Еще одно длительное нажатие на кнопку SB1 переводит устройство в режим счета импульсов. В этом режиме по коротким нажатиям на кнопку последовательно происходят запуск, остановка и обнуление счетчика и индикатора времени измерения.

Частота и ее отклонение отображаются на табло частотометра в герцах. При интервале измерения 0,1 с показания выглядят следующим образом: «1Fxxxxxxxx» для частоты или «1F-xxxxxxx» для отклонения частоты, где хххххххх – частота или ее изменение, а зна показывает на ее увеличение или уменьшение. При интервале измерения 1 с на первой позиции индикатора присутствует цифра 2. В режиме счета импульсов до старта на табло индикатора будут нули, в режиме счета – СС уууууу, где СС – время счета в секундах, уууууу – число импульсов. По окончании счета показания фиксируются.

Налаживание прибора сводится к регулировке точности измерения частоты. Для этого от образцового генератора подают непрерывный  сигнал с частотой около 1 МГц, амплитудой 0,5 В и подстроечным конденсатором С5 добиваются совпадения показаний индикатора с частотой входного сигнала.

Затем подборкой резистора R1 устанавливают максимальную чувствительность частотомера.

Базовый состав всех радиоэлементов:

• Резисторы:

• Постоянные: R1,R2,R3,R4,R6,R7,R8,R9 – МЛТ-0,125 Вт;
• Подстроечные: R5 – СП3-38б

• Конденсаторы:

• Постоянной емкости: C1,C2,C3,C4,C6,C7,C8
• Постоянной емкости, электролитические: C5 – К50-35-25 В.

• Транзисторы:

• Биполярные: VT1 – КТ3102А.

• Микросхемы:    DA1 – LM2931Z-5.0
• Включатель:      SA1 – Т1-220В-3,0А.

•      Кнопка с возвратом: SB1

1. Характеристика пассивных радиоэлементов

Схема переносного частотомера включает в себя следующие пассивные элементы:

• Резисторы:

В данной схеме резисторы R1,R2,R3,R4,R6,R7,R8,R9 типа МЛТ – металлопленочные, лакированные теплостойкие. Имеют номинальную мощность рассеивания – 0,125 – 2 Вт, и номинальное сопротивление от 820 Ом до 150 кОм.

Резисторы представляют собой радиоэлементы, обеспечивающие изменение таких параметров электрической цепи,  как ток или напряжение на ее участке. В зависимости от вида включения в цепи, они могут выполнять функции ограничения тока, шунта, делителя напряжения.

Существует деление резисторов на различные группы:

• По типу используемого материала;
• По номинальному значению сопротивления: постоянные и переменные.

Каждый резистор характеризуется целым рядом параметров, основными из которых являются:

• Номинальное сопротивление (Ом, кОм, МОм);
• Допустимое отклонение сопротивления от значения, обозначенного на корпусе (допуск), в процентах;
• Номинальная мощность рассеивания (Вт);
• Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) – отклонение изменения сопротивления при изменении температуры на 1 0С;
• Допустимое приложение напряжения (В);
• Максимальная рабочая частота (МГц)
• Уровень шума (дБ)
• Диапазон рабочих температур, 0С.

Электрические характеристики резистора в значительной мере определяются типом материала, из которого он изготовлен, и его конструкцией.

Переменные резисторы по конструктивному исполнению разделяются на:

• Элементные и многоэлементные (сдвоенные, строенные, счетверенные);
• С круговым перемещением и прямоугольным перемещением подвижного контакта;
• Однооборотные и многооборотные;
• С выключателем и без выключателя;
• С упором и без упора;
• С фиксацией положения подвижной системы и без фиксации;
• С дополнительными отводами и без них.

Кроме основных параметров, присущих резисторам постоянного сопротивления, переменные резисторы характеризуются также такими, как полное минимальное сопротивления, начальный скачек сопротивления, износостойкость, дополнительные контактные шумы. Самыми распространенными среди переменных непроволочных резисторов являются резисторы, с проводящим элементом на основе лакосажевых композиций (СП, СП3-6, СП3-9, СП3-16, СП323, СП-30 и др.).

В зависимости от назначения переменные резисторы делятся на подстроечные и регулировочные.

Подстроечный резистор R5, типа – СП3-38б номинальная мощность 1 Вт, и номинальным сопротивлением от 10 до 68 кОм.            

Подстроечные резисторы рассчитаны на периодические подстройки аппаратуры, поэтому они обладают не высокой износостойкостью – до 1000 циклов перемещения подвижной системы резистора.

• Конденсаторы

В данной схеме конденсоры C1,C2,C3,C4,C6,C7,C8 (постоянной емкости) типа – К73-17. Полиэтилентерефталатные, номинальной емкостью от 0,01 до 1 мкФ.

Конденсатор C5 (электролитический) типа - К50-35. Оксидный алюминиевый. Номинальная емкость от 1 до 100 мкФ. Рабочее напряжение 25 В.

Конденсатор представляет собой систему из двух проводников электрического тока (обкладок), разделенных диэлектриком, которая обладает способностью запасать электрическую энергию.

Электрические характеристики конденсатора определяются его конструкцией и свойствами используемого диэлектрика. Основными параметрами конденсатов являются:

• Номинальная емкость (мкФ, нФ, пФ);
• Рабочее напряжение – максимальное значение напряжения, при котором конденсатор может работать длительно без изменения своих свойств;
• Допуск – возможный разброс значения емкости конденсатора;
• Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) – зависимость изменения емкости конденсатора от температуры окружающей среды.

2.  Подбор пассивных радиоэлементов по группам.

Анализ данных, приведенных в таблице 2.1 показывает, что все эти резисторы удовлетворяют требования к электрическим параметрам резисторов R1,R2,R3,R4,R6,R7,R8,R9. Однако резисторы типа С2-33 и С2-23 имеют меньшую интенсивность отказа. Поэтому выбираются именно эти резисторы.  

Анализ данных, приведенных в таблице 2.2 показывает, что все эти резисторы удовлетворяют требования к электрическим параметрам резисторов R5. Однако резисторы типа СП-1, СП2-2, СП2-5 и СП3-38б имеют меньшую интенсивность отказа. Поэтому выбираются именно эти резисторы.  

Анализ данных, приведенных в таблице 2.3 показывает, что все эти конденсаторы удовлетворяют требования к электрическим параметрам конденсаторов C1,C2,C3,C4,C6,C7,C8. Однако конденсаторы типа К73-9, К73-16, имеют меньшую интенсивность отказа. Поэтому выбираются именно эти конденсаторы.  

Анализ данных, приведенных в таблице 2.4 показывает, что все эти электролитические конденсаторы удовлетворяют требования к электрическим параметрам конденсаторов С5. Однако конденсаторы типа К50-35, К50-6 и К50-15 имеют меньшую интенсивность отказа. Поэтому выбираются именно эти электролитические конденсаторы.  

3.  Характеристика активных радиоэлементов.

• Транзисторы

Транзистор — электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, пригодный для усиления мощности и имеющий три или более выводов.

В данной схеме биполярный транзистор VT1 – КТ3102А.

Биполярный транзистор — транзистор, в котором используются заряды носителей обеих полярностей. В отличие от полупроводниковых диодов биполярные транзисторы имеют два электронно-дырочных перехода. Основанием прибора служит пластина полупроводника, называемая базой. С двух сторон в нее вплавлена примесь, создающая области с проводимостью, отличной от проводимости базы. Таким образом получают транзистор типа n-p-n, когда крайние области являются полупроводниками с электронной проводимостью, а средняя— полупроводником с дырочной проводимостью, и транзистор типа p-n-p, когда крайние области являются полупроводниками с дырочной проводимостью, а средняя — полупроводником с электронной проводимостью. Нижнюю область называют эмиттером, а верхнюю коллектором. На границах областей с различной проводимостью образуются два перехода. Переход, образованный вблизи эмиттера, называют эмиттерным, вблизи коллектора — коллекторным. При использовании транзистора в схемах на его переходы подают внешние напряжения.

В зависимости от полярности этих напряжений каждый из переходов может быть включен либо в прямом, либо в обратном направлении.

Соответственно различают три режима работы транзистора: режим отсечки, когда оба перехода заперты; режим насыщения, когда оба перехода отперты; активный режим, когда эмиттерный переход частично отперт, а коллекторный заперт. Если же эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а коллекторный — в прямом, то транзистор работает в обращенном   (инверсном)  включении.

В основном транзистор используют в активном режиме, где для смещения эмиттерного перехода в прямом направлении на базу транзистора типа p-n-p подают отрицательное напряжение относительно эмиттера, а коллектор смещают в обратном направлении подачей отрицательного напряжения относительно эмиттера. Напряжение на коллекторе обычно в несколько раз больше напряжения на эмиттере.

Классификация. Транзисторы классифицируются по исходному материалу, рассеиваемой мощности, диапазону рабочих частот, принципу действия и т. д. В зависимости от исходного материала их делят на две группы: германиевые и кремниевые. Германиевые транзисторы работают в интервале температур от –60 до +78... 85° С, кремниевые — от –60 до + 120...150° С. По диапазону рабочих частот их делят на транзисторы низких, средних и высоких частот, по мощности — на классы транзисторов малой, средней и большой мощности. Транзисторы малой мощности делят на шесть групп: усилители низких и высоких частот, малошумящие усилители, переключатели насыщенный, ненасыщенные и малотоковые (прерыватели); транзисторы большой мощности — на три группы: усилители, генераторы, переключатели. По технологическому признаку различают транзисторы сплавные, сплавно-диффузионные, диффузионно-сплавные,   планарные,   эпитаксиальные,   конверсионные, эпитаксиально-планарные.

• Микросхемы  

В данной схеме приведена полупроводниковая микросхема  DA1 – LM2931Z-5.0 – линейный стабилизатор.

Микросхемы серий L4945, LM2930, LM2931 являются микросхемными стабилизаторами с фиксированным выходным напряжением и предназначены для использования в электронной аппаратуре широкого применения. Регулирующий элемент стабилизаторов этих серий включен в плюсовой провод. Характерная особенность стабилизаторов – малое падение напряжения на регулирующем элементе.

Приборы выпускают в пластмассовом прямоугольном корпусе четырех конструктивных вариантов –ТО-251,ТО-252,ТО-220(по отечественной классификации КТ-28-2),ТО-263. Все варианты снаб жены жесткими штампованными лужеными выводами, причем корпусы ТО-252 и ТО-263 рассчитаны на поверхностный монтаж. У всех четырех вариантов корпуса предусмотрена теплоотводящая пластина. Цоколевка приборов (нумерация выводов слева на право если смотреть на корпус, расположенный выводами вниз, со стороны маркировки):1-вход; 2- общий; 3- выход. Ближайшие отечественные аналоги  - серии КР1158 и КФ1158 (по 28 типоразмеров в каждой)

• Микроконтроллеры

В схеме содержится микроконтроллер PIC12F629 – 8-ми выводный  высокопроизводительный FLASH-микроконтроллер.

4.     Подбор активных радиоэлементов по группам  

Анализ данных, приведенных в таблице 2.6 показывает, что все эти транзисторы удовлетворяют требования к электрическим параметрам транзистора VT1. Однако транзистор типа КТ3102А ниже по интенсивности отказа от предлагаемых аналогов. Поэтому выбираются именно этот вид транзистора.

Анализ данных, приведенных в таблице 2.2 показывает, что все эти микросхемы удовлетворяют требования к электрическим параметрам микросхемы LM2931Z-5.0. Однако микросхема LM2931Z-5.0 имеет меньшую интенсивность отказа.  Поэтому вбираем этот тип микросхемы.

 Таблица 2.3 - FLASH-контроллеры

 Оба предлагаемых варианта контроллеров имеют одинаковые параметры и интенсивность отказа поэтому нет разницы в выборе варианта для использования.

3. Подбор зарубежных аналогов

 

Вывод о проделанной работе

В ходе проведения курсовой работы, я научился по справочным данным подбирать по параметрам аналоги различных радиоэлементов. И т.к. цель моей курсовой работы является увеличить срок службы аппарата, то предлагая аналогичные по параметрам радиоэлементы мне удалось уменьшить интенсивность отказа устройства  на 0,39 λ0*10 -6  I/ч.

Список используемых источников

• И. Котов «Малогабаритный частотомер» // «РАДИО» № 3, 2008