Биполярный транзистор с резистором в эмиттерной цепи, выбор и обоснование структурной схемы. Разработка принципиальной схемы, её описание и расчёт элементов, расчёт дифференциального усилителя и делителя напряжения. Разработка алгоритма и его описание.
При разработке усилительных устройств часто возникает необходимость использования устройств, свойства которых близки к свойствам идеальных источников постоянного тока и напряжения. Следует сразу отметить, что создание устройств, являющихся идеальными источниками тока и напряжения, невозможно. Однако, для некоторого ограниченного диапазона изменения параметров создание устройств, имитирующих такие источники, вполне возможно.В качестве простейшего источника тока хорошо работает обычный биполярный транзистор с резистором в эмиттерной цепи (рисунок 1). Сила тока в нагрузке определяется выражением: , где: Ін - ток в нагрузке, Uвх. В этой схеме обратная связь по напряжению с выхода датчика тока R1 на вход регулирующего элемента VT1 в явном виде отсутствует. Существует значительное количество усложненных схем источников тока, выполненных как на биполярных, так и на полевых транзисторах, позволяющих добиться значительного улучшения характеристик, т.е. приближения их к характеристикам идеального источника тока. В этой схеме ток в нагрузке Ін отличается от тока I в датчике тока R1 на величину ошибки, определяемую силами токов в цепи обратной связи, а именно, тока базы Іб транзистора VT1 и входного тока Івх.: ?I = Іб - Івх..(3)Я предлагаю следующую структурную схему генератора тока Напряжение этого источника делится с помощью резистивного делителя для получения на выходе устройства необходимых значений тока в нагрузке.Определим сопротивление датчика тока и выберем тип резистора. Величина сопротивления R20 должна обеспечивать рабочий диапазон источника тока, т. е. должен сохраняться выходной ток Ін макс. Для этого требуется, чтобы при Rн = 1 Ом транзистор VT4 не входил в режим насыщения, т. е., чтобы выполнялось условие: Uкэ > Uкэ нас. При IR1 ? Ін справедливо выражение: Ucc = Ін Rн Uкэ Ін R20, откуда можно найти максимально возможное значение R20 для Ucc = 12В, Ін = 10 А, Rн = 1 Ом, Uкэ min. При R20 = 0,1 Ом на инвертирующем входе дифференциального усилителя действует напряжение Uвх.Для нормального режима работы транзистора необходимо выполнение условий: Uкэ макс > Еп Рк макс > Рк0, где: Uкэ макс - максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером; Этим условиям соответствует транзистор КТ315А со следующими параметрами: Uкэ макс = 25 В На семействе выходных статистических характеристик проводим линии Uкэ макс, Ік макс и Рк макс, ограничивающие область нормальной работы транзистора. Тогда точка на прямой Uкэ (рисунок 9) будет равна падению напряжения на VT1 и R3, а так как мы знаем Uэз то: Uk1’ = Еп - Uэз = 6 В - 2,4 В = 3,6 ВНам необходимо получить следующий ряд напряжений: Uвх1=11,9В; Uвх2=11,8В; Uвх3=11,7В; Uвх4=11,6В; Uвх5=11,5В; Uвх6=11,4В; Uвх7=11,3В; Uвх8=11,2В; Uвх9=11,1В; Uвх10=11,0В; Сила тока в делителе определяется выражением: Умножив это выражение на сопротивление резистора R11 получим напряжение на нем. Подставим числовые значения: Преобразуя это выражение получаем: Примем значение сопротивления резистора R11 равным 1,1 КОМ. Отсюда следует, что Чтобы поделить напряжение на равные значения разделим полученное сопротивление суммы резисторов на их количество. Таким образом, мы получили значения сопротивлений резисторов входящих в делитель: ;Фирма «Atmel» сделала действительно полезную вещь: микроконтроллеры AVR отличаются размерами, функциями и количеством ножек. Как и все микроконтроллеры AVR фирмы «Atmel», микроконтроллеры семейства Tiny являются 8-разрядными микроконтроллерами, предназначенными для встраиваемых приложений. Удельное быстродействие этих микроконтроллеров может достигать значения 1 MIPS/МГЦ (1 миллион операций в секунду на 1 МГЦ тактовой частоты). Важной особенностью этих микроконтроллеров является эффективное использование выводов кристалла, например, в 8-выводном корпусе все выводы (кроме, разумеется, выводов питания) могут использоваться в качестве линий ввода/вывода. Ядро микроконтроллеров AVR семейства Tiny выполнено по усовершенствованной RISC (enhanced RISC) архитектуре (рисунок 15), в которой используется ряд решений, направленных на повышение быстродействия микроконтроллеров.Для питания данного генератора тока необходим источник питания, имеющий 6 выводов следующего назначения: 1. Питание 5 В;Работа схемы: сигнал с микроконтроллера поступает на цифровые входы двух электронных ключей. С помощью них в схему подаются опорные напряжения, снимаемые с различных ступеней резистивного делителя напряжения. Для проверки схемы к ней необходимо подключить следующие устройства: Источник питания с 6 выводами.В данном курсовом проекте был разработан программируемый генератор тока.
План
Оглавление
Введение
1. Обзор существующих или возможных решений задачи
2. Выбор и обоснование структурной схемы
3. Выбор элементной базы, разработка принципиальной схемы, ее описание и расчет элементов
3.1 Расчет выходного каскада
3.2 Расчет дифференциального усилителя по постоянному току
3.3 Расчет делителя напряжения
3.4 Микросхема 590КН6 (электронный ключ)
3.5 Микроконтроллер ATTINY15L
3.6 Источник питания
4. Разработка алгоритма и его описание
5. Инструкция по проверке схемы
Заключение
Список использованных источников
Приложения
Введение
При разработке усилительных устройств часто возникает необходимость использования устройств, свойства которых близки к свойствам идеальных источников постоянного тока и напряжения. Следует сразу отметить, что создание устройств, являющихся идеальными источниками тока и напряжения, невозможно. Однако, для некоторого ограниченного диапазона изменения параметров создание устройств, имитирующих такие источники, вполне возможно. При этом могут использоваться как биполярные, так и полевые транзисторы.
Наиболее просто на полупроводниковых приборах реализуются источники постоянного тока. Рассмотрим принципы построения таких устройств на примере биполярных транзисторов. Очевидно, что если биполярный транзистор работает в активном режиме при постоянном значении базового тока, то его выходной ток мало зависит от напряжения между выводами эмиттера и коллектора. Аналогичным свойством обладает и полевой транзистор, работающий в насыщенном режиме при постоянном напряжении на затворе. Именно на этом принципе и строятся все транзисторные схемы источников тока. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся схемы источников постоянного тока.
Вывод
В данном курсовом проекте был разработан программируемый генератор тока. Представлены возможные способы реализации поставленной задачи, принципиальная, функциональная и структурная схемы устройства, а так же схема по проверке правильности работы. Также в данной работе предложен чертеж печатной платы с расположением элементов и габаритными размерами и программа на языке ассемблер для микроконтроллера ATTINY15L.
Список литературы
1. Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров Аналоговая и цифровая электроника, Москва «Горячая линия - Телеком», 2000г.
2. А.В. Евстифеев Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы «ATMEL», Москва Издательский дом «Додэка - ХХІ», 2004г.
3. П. Иванов, С. Семушин Источники стабильного тока и их применение в радиоаппаратуре. -М.: ДОСААФ, 1989г.
4. Г.С. Остапенко Усилительные устройства: Учеб. Пособие для вузов. М.: Радио и связь. 1989г.
