Разработка нормирующих усилителей, на выходе которых значение напряжения будет изменяться от 0 до 2 В

По заданным в таблице значениям диапазона источников ЭДС разработать нормирующие усилители , на выходе которых значение напряжения будет изменяться от 0 до 2 В, причем 0 В должно соответствовать максимальное напряжение, 2 В – минимальное. Нормирующие усилители выполнить на биполярных транзисторах. Усилительные каскады рассчитать по постоянному и переменному току. Напряжение Uc  усилителей на транзисторах взять согласно варианта.

Таблица 1.

Таблица 2.

Разработать усилители на ОУ, преобразующие уровни напряжений, получаемых на выходе нормирующих усилителей по следующему закону. Входному напряжению 0 В должно соответствовать выходное напряжение Uup = 2,5+0,05·N В, входному напряжению 2 В – выходное напряжение    Udown = – 1– 0,03·N В, где  N – номер варианта.

Разработать компараторы на ОУ, преобразующие уровни напряжений на выходе усилителей на ОУ в ТТЛ или КМОП; причем значениям напряжения от Udown  до Ux  должен соответствовать уровень логического 0 на выходе компаратора,  а значение от Ux  до  Uup   – уровень  логической 1. значения порога Ux  рассчитываются по формуле  Ux  = N · 0,05, где  N – номер варианта.

Считая выходные сигналы компараторов входными сигналами цифровой логической схемы составить карту Корно, провести минимизацию  и разработать логическую схему, формирующую логические функции, заданные в таблице 2. (для остальных наборов Х значение У=0)

Разработать структурную и электрическую принципиальную схемы устройства, привести временные диаграммы всех блоков устройства при произвольной форме орме напряжений источников ЭДС в заданном диапазоне их изменения. Разработать трансформаторный источник для питания устройства от сети 220В (по схеме трансформатор, выпрямители, фильтры, стабилизаторы).

                     2. Выбор принципа действия и элементарной базы     

Необходимо разработать управляющее устройство, преобразующее изменяющиеся сигналы, заданные диапазонами e_min…e_max , в сигналы, принимающих значения от 0 до 2 В. Для каждой ЭДС при  разных e_min, e_max необходимо нормировать. Так как сигнал на выходе аналоговый, то нормирующий усилитель должен быть аналоговым. Наиболее пригодным в этом случае оказывается усилитель на БТ с отрицательной обратной связью (ООС), позволяющее получить требуемые коэффициенты усиления. Согласующее устройство нормированный сигнал превращает в сигнал диапазона U_down...U_up. Дальнейшее преобразование сигнала происходит в компараторе – устройстве сравнения. Он превращает сигнал в импульсный. Логический ноль получается при подаче на вход U_down...U_х, а логическая единица при U_вх=U_x...U_up В. Учитывая, что цифровая часть устройства работает с напряжением до 15В, выходное напряжение компаратора должно быть не более 15 В. Поэтому выбираем операционный усилитель  на микросхеме К140УД1608, дающий на выходе  U_{вых max}=±15В.

Для цифровой части предположительно выбираем в качестве элементов И-НЕ микросхемы К155ЛА9 или К155ЛА7.

Структурная схема рассмотрена в параграфе 3.

3. Разработка структурной (функциональной) схемы

Устройство имеет 6 входов. Аналоговая часть собрана на усилительных каскадах с БТ и операционных усилителях, работающих в режиме линейных усилителей и компараторов. Число линейных усилителей, выполняющих функции нормирования сигнала, равно числу входов, то есть 6, столько же понадобится и компараторов. Необходимо также предусмотреть и согласующее устройство для связи аналоговой и цифровой части. Последнее представляет собой комбинационное устройство, вырабатывающее сигнал логической единицы при заданных комбинациях сигналов.