Разработка предварительного усилителя сигнала датчика
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
кой температурной стабильностью параметров и широкой полосой пропускания.
Сфера использования весьма разнообразна: предварительное усиление сигнала датчиков оптических, беспроводных, в малопотребляющем датчике дыма.
2.2 Описание электрической принципиальной схемы
Первая ступень принципиальной схемы предварительного усилителя образована транзисторами VТ3 и VТ4 в каскадном включении с последовательным питанием. Конденсатор СЗ - разделительный. Транзисторы VТ1.1, VТ1.2, VТ2.1,VТ2.2 и резисторы R1, RЗ-R6 определяют режим работы ступени по постоянному току. Резистор R7 нагрузочный. Конденсаторы С2, C3 и резистор R2 формируют амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилителя в нижнечастотной области, а верхнюю гpaничную частоту полосы пропускания определяет емкость конденсатора С4.
Рисунок 2.1
Во второй ступени усилителя работает транзистор VТ5, нагрузкой которого служит резистор R8. Эмиттер этого транзистора соединен с общим проводом температурозависимой цепью, состоящей из резисторов R9, R10, диодов VD1-VDЗ и транзистора VТ2.2. Коэффициент усиления напряжения ступени определяется отношением сопротивления резистора R8 к эквивалентному сопротивлению этой цепи.
Если под воздействием каких-либо дестабилизирующих факторов, например, изменения температуры окружающей среды, увеличился (или уменьшился) ток через транзисторы VТЗ, VТ4, то уменьшится (увеличится) ток базы и ток эмиттера транзистора VТ5. Это вызовет уменьшение (увеличение) тока, протекающего через "токовые зеркала" VТ2.1 VТ2.2R10 и VТ1. 1 VТ1.2R1RЗ, а также через делитель напряжения R4-R6. В результате уменьшится (увеличится) ток базы, а следовательно, и ток эмиттера транзисторов VТЗ, VТ4, возвращаясь к своему первоначальному значению. Благодаря действию такой ОС стабилизируется работа первой и второй ступеней усилителя по постоянному току.
Третья (выходная) ступень усилителя представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VТ6. Транзистор VТ7.1 "токового зеркала" VТ7.1VТ7.2R12
служит источником тока для транзистора VТ6. Источник тока в эмиттерной цепи транзистора VТ6 обеспечивает высокую нагрузочную способность выходной ступени. Конденсатор С5 корректирует АЧХ ступени в ее верхнeчастотной области.
Резистор R11 создает отрицательную ОС между второй и третьей ступенями усилителя, повышающую стабильность eгo работы. Конденсаторы С1, С6 и резистор R1З - элементы фильтра в цепи питания.
2.3 Конструкторский анализ
.3.1 Максимальные и минимальные характеристики элементов
Минимальная площадь и объем установки имеют транзисторы КТ3106А9 (0.075, 0.00825)
Максимальная площадь и объем установки имеет конденсатор К53-56 47мкф x 10В (0,3195, 0.08946 )
Для сборки с использованием SMD компонентов минимальную площадь и объем установки имеют ЧИП КОНДЕНСАТОР 0805 270 пкф (0.0250,00325
Для сборки с использованием SMD компонентов максимальную площадь и объем установки имеет транзистор КТС393А9 (0.2, 0.04)
2.3.2 Расчет характеристик для элементной базы, описанной в таблице 2.1
1) Расчет массы конструкции
Ориентировочная плотность конструкции:
Исходя из этого, выберем коэффициент дезинтеграции по массе
2) Расчет общей интенсивности отказа
Интенсивность отказа резисторов:
Интенсивность отказа конденсаторов:
1/ч
Интенсивность отказа диодов:
1/ч
Интенсивность отказа транзисторов:
1/ч
Общая интенсивность отказа:
1/ч
) Расчет плотности конструкции
) Расчет коэффициента дезинтеграции по площади
) Расчет коэффициента дезинтеграции по объему
Расчет характеристик для элементной базы, описанной в таблице 2.2
) Расчет массы конструкции
г
) Расчет общей интенсивности отказа
Интенсивность отказа резисторов:
1/ч
Интенсивность отказа конденсаторов:
1/ч
Интенсивность отказа диодов:
1/ч
Интенсивность отказа транзисторов:
1/ч
Общая интенсивность отказа:
1/ч
) Расчет плотности конструкции
) Расчет коэффициента дезинтеграции по площади
) Расчет коэффициента дезинтеграции по объему
2.3.3 Расчет относительных показателей
1) Расчет коэффициента уменьшения масс
) Расчет плотности упаковки по объему
2.4 Обоснование выбора элементной базы
Таблица 2.1 - Сравнение характеристик качества конструкции РЭС
Старая элементная базаНовая элементная база с использованием SMD элементовМасса конструкции, (г)51.76523.276Коэффициент дезинтеграции по площади, 6.41310.845Коэффициент дезинтеграции по объему, 22.11633.547Общая интенсивность отказа, (1/ч)
Из полученных результатов видно, что использование новой элементной базы приведет к снижению массы и объема конструкции. Устройство, спроектированное на SMD элементах, будет иметь меньшую интенсивность отказа, а значит, будет более надежным. Обобщив рассчитанные характеристики можно сделать вывод о том, что для конструирования данного устройства лучше использовать SMD элементы.
3. Разработка конструкции печатной платы
.1 Расчет площади печатной платы
Площадь печатной платы, необходимую для одностороннего размещения радиоэлементов, находят по формуле:
,
Где - коэффициент дезинтеграции по площади, - установочная площадь i-го радиоэлемента, n- число радиоэлементов.
Коэффициент дезинтеграции площади обычно полагают равным 2…2,5.
Установочные площади определяют по справочным данным на радиоэлементы (таблица 2.2).
&