Устройство обработки плетизмографических данных. Разработка функциональной (структурной) схемы устройства и оптимизация ее параметров, страница 3

Рассчитаем сопротивление резистора R1. Для этого воспользуемся электрическими параметрами транзистора VT1, приведенные в таблице 7.3 . Примем ток коллектора равному току протекания через диод VD1. При напряжении питания 5В и I_K=10мА, найдем по выходным характеристикам (Рис. 7.1, а) ток базы соответствующий работе транзистора в режиме насыщения. Тогда I_б=0.175мА, U_КЭ=0.05В. По входной характеристике (Рис. 7.1, б) найдем напряжение U_БЭ  равное соответствующему току базы U_БЭ=0.52В.

Таблица 7.3

                                                           а)                                              б)

Рис. 7.1 Выходные (а) и входные (б) характеристики транзистора КТ3102А.

Тогда напряжение на резисторе R1 будет равно , а . Т.к. промышленностью выпускаются резисторы с номиналами, представленными в [      ]. Выберем резистор R1=27кОм. Это приведет к незначительному снижению тока базы транзистора. Т.к. транзистор работает в режиме насыщения, то изменение тока базы не приведет к существенному изменению тока коллектора, следовательно, R1 можно выбирать равным 27кОм.

Оценим потребляемую мощность узла Р_S1.

При поступлении управляющего строба равному логического ”0”, открывается транзистор VT2, что приводит к световой индикации VD2 и звуковой индикации HA. Рассчитаем параметры дополнительных элементов в этом узле.

Электрические параметры светоизлучающего диода VD2 приведены в таблице 7.4.

Исходя из этих данных, зададим прямой ток протекания через диод равный 10мА. Рассчитаем значение сопротивления резистора R9. Напряжение на R9: где U_ПИТ=5В, а U_ДИОДА–напряжение на диоде в открытом состоянии, равное 0.7В. Тогда  Величина R2 будет определяться . Мощность, рассеиваемая на R2 и VD1 равна .

Примем потребляющую мощность пьезоэлектрического акустического излучателя равную 10мВт, тогда ток потребления , где R_ПЭ=400Ом (таблица 7.4). Рассчитаем значение сопротивления R8. Падение напряжения , тогда . На основании выпускающегося в промышленности ряда номиналов [          ], выберем резистор R8=620Ом. Это приведет к незначительному снижению тока через пьезоэлектрический акустический излучатель, следовательно, R8 можно выбирать равным 620Ом.

На основании электрических параметров операционного усилителя приведенных в таблице 7.5, его потребляемая мощность составляет 186мВт. Таким образом ток потребления

Таблица 7.4

Масса	Не более 0.7 г.
Синусоидальная вибрация диапазон частот, Гц	1-80
Амплитуда ускорения, мс-2(g)	50(5)
Пиковые ударные ускорения мс-2(g)	150(15)
Повышенная температура среды оС рабочая предельная	55 60
Пониженная температура среды оС рабочая предельная	-45 -60
Относительная влажность при 25 оС,%	98
Номинальная частота кГц	7,8±1,7
Сопротивление на резонансной частоте Ом, не более	400
Статическая емкость нФ, не менее	12
Минимальная наработка , ч	2000
Срок службы, лет	12

                                 Таблица 7.5

Iвх,нА	150
Vu вых, В/мкс	0,5
Rвх, Мом	1
Uип(+-Uип).В	±2…±18
Ку,дБ	70
Кос.сф, дБ	70
Рпот, мВт	186
Корпу	DIP14

Рассчитаем ток делителя R6, R7, Т.к. необходимо задать пороговое напряжение равное 2.5В,то выберем R6=R7=100кОм. Тогда, ток через делитель:

Рассчитаем частоту генерируемых колебаний. Т.к. частота колебаний нужна звукового диапазона, то зададим ее равной 1кГц. Период колебаний равен τ_И+ τ_Пауза, где τ_И–длительность импульса равная :

, а τ_Пауза–длительность паузы, которая равна:

.

Выберем R4=100кОм, тогда С1 буден равен:

 Согласно номинальной емкости по ряду выберем С1=2.2нФ.Это приведет к уменьшению длительности импульса и паузы, что повлечет за собой увеличение частоты до 2.3кГц.

Мощность рассеиваемая на R4 равняется:

Ток коллектора через транзистор VT2 будет определяться токами:

Исходя из Iк выберем транзистор КТ3102А, электрические параметры которого представлены в таблице 7.3. При напряжении питания 5В и I_K=52.225мА, найдем по выходным характеристикам (Рис. 7.1, а) ток базы соответствующий работе транзистора в режиме насыщения. Тогда I_б=0.75мА, U_КЭ=0.3В. По входной характеристике (Рис. 7.1, б) найдем напряжение U_БЭ  равное соответствующему току базы U_БЭ=0.66В.

Рассчитаем значение сопротивления R3,

Соответственно номинальному сопротивлению по ряду выберем R3=5,6кОм.

Мощность рассеиваемая резистором R3:

,

мощность рассеиваемая на транзисторе VT2 в режиме насыщения:

Емкость С2 и резистор R10 выбираются согласно стандартной схемы включения операционного усилителя в качестве генератора прямоугольных импульсов [       ], в данном случае С2=0.1нФ и R10=2кОм.

Мощность рассеиваемая резистором R10 равна:

.

Суммарная мощность потребления узла:

В любой мoмент времени может быть открыт только один транзистор либо VT1, либо VT2, следовательно потребляемая мощность будет определяться наибольшей мощностью потребления узлов (Р_Σ1 или P_Σ2), в которые входят эти транзисторы. Исходя из того, что Р_Σ1< P_Σ2 , потребляемая мощность индикаторных узлов будет определяться P_Σ2 .

Мощности потребления интегральных микросхем согласно справочным данным [        ], равны:

–КР1830ВЕ51      18мВт;

–К561ИР6            100мкВт;

–К573РФ5            500мВт;

–К537РУ8А         100мВт;

–К564ЛА10          1,25мкВт;

–К561ЛН2            1,25мкВт;

–K176ТМ1           15мкВт.

Таким образом суммарная мощность потребления интегральных микросхем составляет:

.

Максимальная мощность потребления устройства составит:

.

Ток потребления всего устройства составит:

.

Исходя из полученного тока выберем источник питания–аккумулятор никель-кадмиевый герметичный дисковый Д–0,55C [   ], U_НОМ=5В, номинальная емкость 550мА/ч. Данный аккумулятор обеспечит максимальное время непрерывной работы устройства равное (2 часа 45мин)