Разработка полной принципиальной схемы устройства, расчет элементов и выходных параметров схемы

Функциональная схема блока питания

Функциональная схема устройства

Разработка и обоснование функциональной схемы устройства

Синхронный счетчик

Синхронный счетчик отличается от асинхронного тем, что при срабатывании от входного импульса нескольких триггеров они изменяют свое состояние одновременно. Это достигается благодаря тому, что счетные импульсы подаются одновременно на тактовые входы всех триггеров счетчика.

Пример построения синхронного счетчика на JK-триггерах показан на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема принципиальная синхронного счетчика, где Т1, Т2, Т3 – JK-триггеры, Q0, Q1, Q2 – выходы JK-триггеров, К _c – выход использующийся при применении счетчика в качестве делителя частоты.

По заданию курсового проекта необходимо разработать устройство, осуществляющее деление частоты цифрового электрического сигнала и обладающее коэффициентом деления равным двум. Поэтому в качестве делителя частоты цифрового электрического сигнала целесообразнее всего выбрать триггер. Так как, промышленность не выпускает массово триггеры, то в качестве делителя частоты цифрового сигнала был выбран двоичный счетчик.

Функциональная схема для данного проекта состоит из следующих компонентов:

1) двоичный счетчик;

2) транзисторный ключ;

3) электрогальваническая развязка;

4) операционный усилитель.

Счетчик – это цифровое устройство, предназначенное для подсчета входных импульсов. Счетчики строятся на Т-триггерах и на некоторых логических схемах для формирования управляющих сигналов. Основной параметр счётчика – модуль счёта – максимальное количество единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком.

Гальваническая развязка – это процесс передачи энергии между участками электрической цепи без обеспечения между ними электрического контакта. Гальванические развязки используются для передачи сигналов, для бесконтактного управления и для защиты электрической цепи от перегрузок.

Без использования гальванической развязки предельный ток, протекающий между цепями, ограничен только электрическими сопротивлениями, которые обычно относительно малы. В результате этого возможно протекание выравнивающих токов и других токов, способных повреждать компоненты цепи или поражать людей, случайно схватившихся за оборудование. Прибор, обеспечивающий гальваническую развязку, искусственно ограничивает передачу энергии из одной части цепи в другую. В качестве такого прибора может использоваться трансформатор или оптрон. В обоих случаях, цепи оказываются электрически разделёнными, но между ними возможна передача энергии.

Операционный усилитель – это усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления [6].

Операционные усилители получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем.

Полная функциональная схема делителя частоты показана в приложении А. Неполная функциональная схема данного устройства показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Функциональная схема делителя частоты цифровых сигналов

При поступлении входного сигнала на двоичный счетчик в нем происходит деление количества входных импульсов на заданный коэффициент 2. Далее цифровой сигнал проходит через транзисторный ключ, в котором он усиливается. После транзисторного ключа сигнал поступает на оптрон, а затем на операционный усилитель.

Источник вторичного электропитания (ИВП) предназначен для получения напряжения, необходимого для непосредственного питания электронных компонентов устройства. При разработке источника вторичного электропитания необходимо учитывать ряд факторов, определяемых условиями эксплуатации, свойствами нагрузки, требованиями к безопасности и т.д.

Следует обратить внимание на соответствие электрических параметров ИВП требованиям питаемого устройства, а именно:

• напряжение питания;

• потребляемый ток;

• требуемый уровень стабилизации напряжения питания;

• допустимый уровень пульсации напряжения питания.

Немаловажны и характеристики ИВП, влияющие на его эксплуатационные качества:

• наличие систем защиты;

• массогабаритные размеры.

Являясь неотъемлемой частью радиоэлектронной аппаратуры, средства вторичного электропитания должны жестко соответствовать определенным требованиям, которые определяются как требованиями к самой аппаратуре в целом, так и условиям, предъявляемым к источникам питания и их работе в составе данной аппаратуры. Существует четыре основных типа сетевых источников питания:

• безтрансформаторные, с гасящим резистором или конденсатором;

• линейные, выполненные по классической схеме: понижающий трансформатор - выпрямитель - фильтр – стабилизатор;

• вторичные импульсные: понижающий трансформатор - фильтр - высокочастотный преобразователь 20-400 кГц;

• импульсные высоковольтные высокочастотные: фильтр - выпрямитель ~220 В - импульсный высокочастотный преобразователь 20-400 кГц.

Линейные источники питания отличаются предельной простотой и надежностью, отсутствием высокочастотных помех. Высокая степень доступности комплектующих и простота изготовления делают их наиболее привлекательными. Кроме того, в некоторых случаях немаловажен и чисто экономический расчет — применение линейных ИВП однозначно оправдано в устройствах, потребляющих до 500 мА, которые требуют достаточно малогабаритных источников вторичного электропитания.

Полная функциональная схема линейного источника вторичного электропитания представлена в приложении А. Она состоит из следующих компонентов:

– трансформатор;

– выпрямитель тока;

– фильтр низких частот;

– стабилизатор.

Трансформатор – необходим для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.

Выпрямитель напряжения – преобразует переменное напряжение в напряжение одной полярности.

Фильтр низких частот будет уменьшать пульсации напряжения на выходе выпрямителя.

Стабилизатор напряжения – необходим для стабилизации напряжения питания устройства, то есть стабилизатор получает питание от внешнего источника питания и выдает на своём выходе напряжение.

Рисунок 5. Функциональная схема блока питания

На трансформаторе входной ток и напряжение преобразуются, в необходимые для работы устройства схемы. Выпрямитель используется для преобразования переменного тока в постоянный. Фильтр низких частот предназначен для уменьшения пульсации напряжения в цепи. И в итоге стабилизатор выдает на своем выходе напряжение, не зависящее от напряжения питания.

Дата добавления: 2015-06-04