Розробка аналогових та цифрових пристроїв на інтегральних мікросхемах

Розробка аналогових та цифрових пристроїв на інтегральних мікросхемах

Українська державна академія залізничного транспорту

Факультет «Автоматика, телемеханіка та зв’язок»

Кафедра «Транспортний зв’язок»

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни «Електроніка та мікросхемотехніка»

на тему:

Розробка аналогових та цифрових пристроїв на інтегральних мікросхемах

2014р.

Зміст

Завдання до курсового проекту

Вступ

1. Розрахунок операційного підсилювача

1.1 Визначення амплітуди напруги і струму в навантаженні та вибір вихідного, вхідного та проміжного каскаду для ОП

.2 Визначення коефіцієнтів підсилення вихідного і проміжного каскадів

.3 Розрахунок мінімального припустимого опору навантаження вхідного та проміжного каскадів

1.4 Розрахунок значень опорів R₃ i R₅

.5 Розрахунок коефіцієнтів підсилення струму

.6 Розрахунок коефіцієнтів підсилення напруги

.7 Розрахунок коефіцієнт підсилення потужності

.8 Визначення верхні частоти смуги пропускання каскадів підсилювача

.9 Визначення амплітуди вхідної напруги і струму підсилювача

. Розробка тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ

2.1 Побудова таблиці переходів роботи заданого пристрою

2.2 Мінімізація функцій

2.3 Формування карти Карно для функцій J

2.4 Формування карти Карно для функції К

2.5 Реалізація функції J та К на логічних елементах І-НІ

Висновки

Список літератури

Додаток А Принципова схема підсилювача на інтегральних мікросхемах

Додаток Б Функціональна схема тригерного пристрою на логічних елементах

Додаток В Лист специфікація

Завдання до курсового проекту

Завдання 1. Розрахунок електронного підсилювача на інтегральних мікросхемах. Вихідні дані для розрахунку.

. Розрахувати 3-х каскадний електронний підсилювач,побудований на операційних підсилювачах (ОП).

. Варіант розрахунку і вихідних даних вибираються за номером запису в навчальному журналі.

Вихідні дані для розрахунку:

потужність у навантаженні Р_н = 0,38 Вт;

опір навантаження R_н = 0,49 кОм;

коефіцієнт підсилення напруги К_u =350 ;

частота сигналу датчика f_вх =400 Гц;

вхідний опір датчика R_вх = 0,9 кОм.

Завдання 2.Розробка тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ(АБО-НІ)для реалізації двоходової функції ,функціонування якого задане таблицею переходів. Побудувати функціональну схему пристрою на основі двоступінчатого тригера на обраних логічних елементах , а також інтегральних мікросхемах К155ТВ1.

Вступ

В мікросхемотехніці широке вживання отримали операційні підсилювачі. Під операційним підсилювачем в мікроелектроніці розуміють реалізований у вигляді мікросхеми підсилювач постійного струму, що має:

·    високий коефіцієнт посилення по напрузі;

·        високий вхідний опір;

·        низький вихідний опір.

Операційний підсилювач має диференціальний вхід і несиметричний вихід. Вхідні і вихідні сигнали відлічуються щодо загального дроту, який на схемах іноді не показують. Операційні підсилювачі призначені для роботи з глибоким негативним зворотним зв'язком і спочатку застосовувалися в аналогових ЕОМ, де залежно від ланцюгів зворотного зв'язку вони виконували різноманітні математичні операції (складання, віднімання, множення, розподіл, логарифмування, диференціювання, інтеграція і т.д.), звідки і відбувся термін "операційний підсилювач". Перші операційні підсилювачі були ламповими і були вельми громіздкими і дорогими пристроями. В даний час високоякісні операційні підсилювачі випускають у вигляді мікросхем, ціна яких помірна з ціною окремого транзистора, що істотно розширило їх сферу вживання. Поєднання високих електричних параметрів з малими габаритами, високою надійністю і низькою ціною зробило операційний підсилювач основним активним елементом аналогової схемотехніки.

Також великим кроком у схемотехніці було застосування цифрових логічних схем, які стали основними елементами для побудування комп'ютерної техніки, процесорів для виконання різноманітних задач, елементів робототехніки. Використання аналогово-цифрових та цифро-аналогових перетворювачів дало можливість закодовувати любий аналоговий сигнал в послідовність нулів та одиниць, обробляти цифровий сигнал(зберігання інформації, передача інформації, тощо), та отримувати з цифрового сигналу знову аналоговий.

1. Розрахунок операційного підсилювача.

От же маємо три каскадний підсилювач зображений на рис 1.1.

Рис 1.1 - Схема три каскадного підсилювача

Перший каскад підсилення ввімкнений за схемою повторювача напруги, а другий і третій в режимі підсилення напруги.

1.1    Визначаємо амплітуду напруги і струму в навантаженні та оберемо вихідний, вхідний та проміжного каскад для ОП

, (1.1)

де Pн - потужність , що підводиться до навантаження;

Rн - опір навантаження.

, (1.2)

де Uн_max - амплітуда напруги в навантаженні.

За отриманими параметрами струму і напруги вибираємо ОП КР1408УД1, схема якого зображена на рисунку 1.2, а основні параметри приведені в таблиці 1.1.

Рисунок 1.2 - Мікросхема ОП КР1408УД1

Таблиця 1.1 - Основні параметри ОП КР1408УД1

Виходячи з того,що вихідні струми проміжного каскаду є вхідними для вихідного каскаду,то мікросхема вхідного і проміжного каскаду вибирається по і_вх=40мА та по Кu=7*10⁴.Цим вимогам відповідає ОП К140УД6.

Схема ОП К140УД6 зображена на рисунку 1.3, а основні параметри приведені в таблиці 1.2.

Рисунок 1.3 - Мікросхема ОП КР140УД6

Таблиця 1.2 - Основні параметри ОП КР140УД6

.2 Знаходимо коефіцієнти підсилення вихідного і проміжного каскадів

 (1.3)

де К_u- коефіцієнт підсилення підсилювача.

1.3 Знаходимо мінімально допустимий опір навантаження Rн(КР140УД6)

 , (1.4)

1.4 Розрахунок значень опорів R3 і R5

Задаємося значеннями опорів R2=R4, які повинні бути більше Rн_min в 2-5 разів. Вибираємо ці опори з ряду Е24:

; (1.5)

 Знаходимо значення опорів R3 і R5:

; (1.6)

 Вибираємо найближчі номінальні значення із ряду Е24:

; .

.5 Визначаємо коефіцієнт підсилення струму

; (1.7)

; (1.8)

. (1.10)

.6 Визначаємо коефіцієнт підсилення напруги

. (1.11)

Розрахункове значення порівнянне із заданим по умові .

.7 Визначаємо коефіцієнт підсилення потужності

. (1.12)

.8 Визначаємо верхні частоти смуги пропускання каскадів підсилювача

; (1.13)

; (1.14)

; (1.15)

.9 Визначаємо амплітуду вхідної напруги і вхідного струму підсилювача

; (1.16)

. (1.17)

Для кращої стабілізації живлення вхідного і проміжного каскадів додамо стабілітрони КС515А

Розрахуєм номінали гасячих опорів R8,R9:

;

;

.

Вибираємо найближчі номінальні значення із ряду Е24:

.

За розрахованими даними малюємо схему розробленого підсилювача , виконану в додатку А. У додатку В зроблена специфікація до цієї схеми.

2. Розробка тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ

Розробка тригерного пристрою виконується наступним чином:

.1 Побудуємо таблицю переходів роботи заданого пристрою. Занесемо дані в таблицю 2.1

Таблиця 2.1 - Таблиця роботи переходів заданого JK пристрою

.2 За допомогою карт Карно знаходимо мінімальну форму функцій J і K

Мінімізація функцій

В цій карті Карно числа від 0 до 7 відповідають порядковому номеру переходів в таблиці 2.1.

.3 Складаємо карту Карно для функцій J

А) заповнюємо карту Карно, записуємо одиниці у клітинки, де функція приймає одиничні значення, відповідно з їх порядковим номером.

Б) записуємо рівняння диз’юнктивної нормальної форми (ДНФ) для функції J. Об’єднавши їх маємо таке рівняння для функції J:

2.4 Складаємо карту Карно для функцій К

А) заповнюємо карту Карно, записуємо одиниці у клітинки, де функція К приймає одиничні значення, відповідно з їх порядковим номером

Б) записуємо рівняння диз’юнктивної нормальної форми (ДНФ) для функції К. Об’єднавши їх маємо таке рівняння для функції К:

.5 Реалізація функцій J і К на логічних елементах І-НІ

За допомогою Булевої алгебри використовуючи коньюктивний закон та теорему де Моргана приведемо функцію J до вигляду:

Для функції J маємо (рисунок 2.1):

Рисунок 2.1 - Функція J на логічних елементах І-НІ

Для функції К маємо

(рисунок 2.2):

Рисунок 2.2 - Функція K на логічних елементах І-НІ

Висновок

підсилювач мікросхема інтегральний

В даному курсовому проекті був розглянутий операційний підсилювач, а також проведена розробка тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ .

З урахуванням вихідних даних був проведений розрахунок необхідний для створення підсилювача на інтегральних ОП.

У другому розділі була проведена розробка тригерного пристрою на логічних елементах І-НІ. Для цього була проведена мінімізація функцій за допомогою карт Карно, а також приведення функцій за допомогою Булевої алгебри до зручного вигляду для реалізації схеми на елементах І-НІ.

Список літератури

1. Электроника: Учеб пособие для приборостроит. спец. вузов. В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Высш. шк. 1991.- 622с.

. Аналоговая и цифровая электроника : Учеб пособие .Опадчий Ю.Ф.,

Глудкин О.П.-М.:Горячая Линия-Телеком. 2000.-768с.

. Китаев Ю.В. Основы цифровой техники. Учебное пособие: СПб:

СПбГУ ИТМО, 2007, 87 с.

4. А. Л. Булычев, В. И. Галкин, В. А. Прохоренко Аналоговые интегральные схемы. Справочник- 2-е изд., перераб и доп.-Минск: «Беларусь». 1994.-382с

Додаток А

Додаток Б

Додаток В