align="center"> 4. Проектирование электронного аналогового ключа 

   В устройствах электроники, автоматики и вычислительной техники для  осуществления управляемой передачи аналитической информации от датчиков к исполнительным механизмам широко используются аналоговые ключи. Основными параметрами ключа являются: коммутируемый ток I_ком – ток, протекающий по открытому каналу ключа; коммутируемое напряжение U_ком – максимально допустимое напряжение, прикладываемое между входом и выходом аналогового ключа; сопротивление ключа в открытом состоянии R_отк; время переключения ключа t_вкл; уровни напряжений по управляющему входу (обычно управление осуществляется от цифровых логических устройств) [6].

   Исходя  из параметров разрабатываемого прибора: управляющих напряжений на выходе логического блока и выходного тока усилителя –  выберем микросхему аналогового ключа КР590КН9 (4, стр. 447 – 449), которая имеет следующие характеристики [6]:

   U_ип = ±15В

   t_вкл=500 нс

   I_ком=20 мА

   U_ком=±15В

   U¹_вх=4…15 В

   U⁰ _вх=0…0,8

   R_отк=10 Ом

   На  рис. 14 представлена упрощенная физическая и структурная модели ключа:

   

   Рис.14 Структурная и физическая модели

Пока  на вход U_упр подается сигнал низкого уровня, КМОП транзистор находится в закрытом состоянии, сопротивление канала высокое. Если подать на вход U_упр высокий уровень напряжения, то транзистор откроется, сопротивление понизится и  ток утечки потечет через него. На рис. 15

представлено  условное графическое обозначение микросхемы КР590КН9:

рис.15 Графическое обозначение ключа [6]

На  выводы 4 и 5 подаются входные аналоговые сигналы, которые снимаются с 3 и 6 соответственно. На выводы 10 и 15 подаются сигналы управления ключами. К выводам 11 и 13 подается напряжение питания ±15 В. Вывод 14 подключается к общему проводу схемы.

   В зависимости от сигнала, поступившего с логического блока на управляющие выводы электронного ключа 10 и 15, сигнал снимается с вывода 3 или 6. Для того чтобы сигнал высокого уровня («логическая 1») замыкал первый ключ (выводы 4 и 15), а сигнал низкого уровня («логический 0») замыкал второй ключ (выводы 5 и 10), управляющий сигнал на второй ключ с логического блока подаем через инвертор (элемент «не»). Для реализации используем микросхему К155ЛН1 (6 элементов «не»), которая имеет следующие характеристики [6]:

   U_пит = +5 В

   U_{вх max} = 5.5 В

   U_{вых max} = 5.5 В (приложенное к выходу закрытой схемы)

   U_{вх min} = – 0.4 В

   U¹ _вых ≥ 2.4 В

   U⁰ _вых ≤ 0,4В

   t^1,0 _здр = 10нс

   t^0,1 _здр = 10нс

   I_вх ≤ – 1.6 мА

   На  вывод 1 микросхемы К155ЛН1 подается сигнал с логического блока, вывод 7 –  общий, вывод 14 – питание  +5 В. Неиспользуемые выводы микросхемы заземляем.

   Аналоговый  электронный ключ представлен на рис.16:

   

   рис.16 Аналоговый электронный ключ

5. Проектирование логического блока 

   Логический  блок работает в соответствии со следующим  уравнением:

   Y = db + ca, что соответствует блок-схеме, представленной на рис.17.

   

   рис.17 Блок-схема, соответствующая логическому уравнению

   Составим  таблицу истинности:

 

   При проектировании логического блока используем микросхемы К155ЛИ1 и К155ЛЛ1.

   Микросхема  К155ЛИ1, представляет собой 4 логических элемента 2И. Два из них мы используем в логическом блоке: на выводы 1, 2, 4, 5 подаем управляющие напряжения a, b, c, d, с выводов 3 и 6 подаем сигналы на выводы 1, 2 микросхемы К155ЛЛ1. Два оставшихся элемента 2И, как уже отмечалось (см. Проектирование цифрового частотомера), используем при проектировании цифрового частотомера (выводы 8 – 13). Вывод 7 – общий; вывод 14 – питание +5В [6].

   Микросхема  К155ЛЛ1 (3, стр. 167, 186) представляет собой 4 логических элемента 2ИЛИ. При проектировании логического блока мы используем только один элемент: на выводы 1, 2 подаются сигналы с выводов 3 и 6 микросхемы К155ЛИ1. Сигнал с вывода 3 подается на выводы 15 и 10 микросхемы КР590КН9 (аналоговый электронный ключ). Вывод 7 – общий; вывод 14 – питание +5 В. Неиспользуемые выводы микросхемы заземляем [6].

   Микросхемы  К155ЛИ1 и К155ЛЛ1 имеют следующие  характеристики [6]:

   U_пит = +5 В

   U_{вх max} = 5.5 В

   U_{вых max} = 5.5 В (приложенное к выходу закрытой схемы)

   U_{вх min} = – 0.4 В

   U¹ _вых ≥ 2.4 В

   U⁰ _вых ≤ 0,4В

   t^1,0 _здр = 10нс

   t^0,1 _здр = 10нс

   Iвх ≤ – 1.6 мА

   Микросхемы, используемые в логическом блоке  и частотомере, представлены на рис.18.

   

   рис. 18 Микросхемы К155ЛИ1, К155ЛЛ1, К155ЛН1 [4, 6] 

     

 

6.  Проектирование блока питания

   Блок  питания питается от промышленной сети (220В , 50 Гц) и обеспечивает соответствующими напряжениями питания все блоки устройства ( +5В, +9В , +15В ,  -15В ).

        Получение стабилизированных постоянных напряжений обеспечивает структура  ИВЭП , в данном случае, с трансформаторным входом:

    

   рис.19 Упрощенная схема блока питания

   Напряжение  первичного источника ИП трансформируется с помощью Т трансформатора до требуемых напряжений, выпрямляется с помощью выпрямителя В. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются фильтром Ф, а его величина стабилизируется стабилизатором напряжения СН.

   Расчет:

   1) Выбор интегральных стабилизаторов 

     а) Для цифровой части  напряжение питания составляет + 9 В

     В качестве интегрального стабилизатора + 9В возьмем К142ЕН8А (DA2)

     со  следующими параметрами [6]:

      U _вых=  9 0,27 В

       I _н.max=1.5 А

       I _пот = 10 mA

       К _ст. = 5000 

   б) для источника  15В - К142ЕН6 (DA3) с параметрами [6]:

      U _вых= 15 0,3 В

       I _н.max=0,2 А

       I _пот = 7,5 mA

      К _ст. = 5000

 Исходя  из требований выбираем выпрямительные мосты:

 а) для источника +9 В - КД 208 А (VD1) с максимальным прямым током       0.5 А    б) для источника 15 В – КД 208А (VD2) с максимальным прямым током      0,5 А

   Подсчитаем  суммарный ток потребления и  найдем примерную габаритную мощность трансформатора:

(42)

   Мощность  трансформатора определим, перемножив напряжения с суммой токов потребления тех элементов, которые имеют соответствующее напряжение питания:

             (43)

   

   Исходя  из требований выбираем трансформатор питания из типовой серии ТПП (унифицированные трансформаторы  для питания устройств   на полупроводниковых приборах):

   а) для источника +9 В - ТПП262 -127/220-50 (T1) с Pтр=31 ВА >> Pц, с параметрами:

   – номинальная мощность 14,5 В·А;

   – ток первичной обмотки не более 0,1 А;

   – номинальный ток вторичных обмоток  равен 0,22 А;

   –напряжение вторичных обмоток III и III’ равно 20 В.

   б) для источника 15 В - ТПП248-127/220-50 (T2) с параметрами:

         Напряжения (токи) вторичных обмоток :

         2-2¹   - 20 В (0,165 А)

         3-3¹  - 20 В (0,165А)

  3)Расчет ёмкостей конденсаторов фильтров :

   Для качественного сглаживания необходимо, чтобы X_с << R_н., где X_с - реактивное сопротивление конденсатора, R_н - сопротивление нагрузки.

   Для  цифровых микросхем и ОУ напряжение пульсаций на выходе должно быть < 0,01 В.

   а) для источника +9 В:

   U₁ = 12В - напряжение на входе стабилизатора

   U₂ = 9В - напряжение на выходе стабилизатора

   I_н = 0,25 А - ток нагрузки

   R_н = U₁ / I_н =20/ 0,25=80 Ом                                              (44)

   Выбираем  X_с = 1, тогда из формулы

                                                                (45)

   находим ёмкость C₅:

    = 3100 мкФ. Выбираем емкость  С₅ = 5000 мкФ.

С₈ выбираем равной емкости С₅. Таким образом С₅=С₈=5000 мкФ.

   Подсчитаем напряжение пульсаций на выходе стабилизатора:

   U_п2 = U_п1 / К _ст =9 / 3000 = 0,003 В < 0,01 В

   а) для источника 15 В:

   U₁₁ , U₂₁ = 20 В - напряжения на входе стабилизаторов

   U₁₂ , U₂₂ = 15 В - напряжения на выходе стабилизаторов

   I_н = 0,1 А - ток нагрузки

   R_н = U₁₁ / I_н =20 / 0,1=200 Ом      (46)

   Выбираем  X_с = 10, тогда из формулы 30  находим ёмкости C3 и С4:

    = 318 мкФ. Выбираем емкости С₃ и С₄ = 300 мкФ.

   С₁₀ и С₁₁ выбираем равной емкости С₃ и С₄. Таким образом С₃=С₄=С₁₀=С₁₁=300 мкФ.

   Подсчитаем  напряжение пульсаций на выходе стабилизатора:

   U_п2 = U_п1 / К _ст =15 / 5000 = 0,003 В < 0,01 В.  (32)

   Конденсаторы  С₆ и С₉ выбираем керамические равные 0,1 мкФ.