Изучение принципиальной электрической схемы измерительного преобразователя, её расчет и выбор элементов

В комплект аппарата входит футляр 1 (рис. 5), в котором размещены  стаканы 3 для лекарственных и  дезинфицирующих веществ и шпатель 6 для нанесения контактирующих средств. В корпусе 1 футляра предусмотрены  стаканы 2 и 5 для установки излучателей  в перерывах между процедурами.

Функциональная схема  электронного блока приведена на рис.6.

Электронный блок предназначен для получения напряжения возбуждения  УЗ излучателя, в непрерывном и  импульсном режимах работы.

1 - автогенератор; 2. - модулятор; 3 - буферный каскад; 4 - предусилитель; 5 - усилитель выходной; 6 - индикатор  выходного напряжения; 7 - импульсный генератор; 8 - блок питания; 9 - процедурные часы.

В непрерывном режиме сигнал представляет собой гармонические  колебания с частотой 0,88 МГц; в импульсном режиме последовательность высокочастотных импульсов с той же частотой (0,88 КГц) длительностью = 2, 4, 10 мс и периодом следования Т_п = 20 мс.

Функциональная схема (рис.6) работает следующим образом: колебания  УЗ частоты генерируются в автогенераторе 1 и через модулятор 2 подаются на вход буферного каскада 3, предназначенного для ослабления влияния последующих каскадов на параметры генерируемого сигнала. В  импульсном режиме работы модуляция осуществляется путем подачи на вход модулятора 2 импульсов положительной полярности с выхода импульсного генератора 7. В непрерывном режиме на вход модулятора подается постоянное напряжение, соответствующее уровню логической единицы, в цепь эмиттера транзисторного каскада 3 включен ступенчатый регулятор интенсивности, с выхода которого сигнал подается на вход предусилителя 4, где усиливается до уровня, необходимого для нормальной работы выходного усилителя 6.

Выходной усилитель 6 предназначен для усиления мощности сигнала до значения,  требуемого дли получения  заданной интенсивности УЗ излучения.

Наличие напряжения на выходе электронного блока индицируется свечением  светодиода индикатора выходного напряжения 6.

Аппарат питается от сети переменного  тока. Блок питания содержит стабилизированные  выпрямители +6 В и +50 В. Последний  включается контактором процедурных часов 9.

Принципиальная  электрическая схема аппарата УЗТ-101 приведена на рис.7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автогенератор служит для  получения колебаний частоты 0,88 МГц. Он собран на трех элементах "И-НЕ" (D1.1, D1.2, D1.3) цифровой микросхемы D1. Частота автогенератора стабилизирована кварцем. Собственно генератор колебаний УЗ частоты построен на элементах D1.1 и D1.3. Элемент D1.2 служит для ослабления влияния последующих каскадов на работу автогенератора (буферный каскад). Нестабильность частоты автогенератора - не хуже 0,00001.

Модулятор предназначен для  осуществления импульсной модуляции  УЗ  колебаний. Он включает в себя перемножитель, выполненный по схеме "И-НЕ" на элементе D1.4 микросхемы D1, и ключевой усилитель - инвертор, выполненный на транзисторе VТ3.

На вход 12 микросхемы D1 поступает напряжение с автогенератора (рис.8,а); на вход 13 той же микросхемы поступает сигнал с выхода импульсного генератора (рис.8,б). В момент совпадения напряжений на обоих входах элемента D1.4 на его выходе 11 имеется напряжение, (рис.8,в) огибающая которого идентична огибающей модулирующего импульса.

В непрерывном режиме на вход 13 вместо импульсного подается постоянное напряжение (рис.3, г), поэтому на выходе модулятора (коллектор транзистора VТ3) получим напряжение УЗ частоты по форме такое же, как и на входе (рис.8.д).

Модулирующие импульсы создаются  в импульсном генераторе (рис.9), состоящем  из обострителя 1, дифференцирующей цепочки 2, ждущего мультивибратора 3 и инвертора 4. Импульсы длительностью 2 мс и 4 мс генерируются ждущим мультивибратором, а импульсы длительностью 10 мс формируются из синусоидального напряжения сети с помощью обострителя.

Сигналом, задающим период следования (Т - 20 мс) модулирующих импульсов, является синусоидальное напряжение частотой 50 Гц, снимаемое с обмотки 11 трансформатора Т1. Крутизна фронтов синусоидального напряжения недостаточна для запуска ждущего мультивибратора, поэтому с целью повышения крутизны фронтов напряжение подается на обостритель, который выполнен по схеме триггера Шмидта на двух элементах D2.1 и D2.3 микросхемы D2. Вход этой  цифровой микросхемы защищен от пробоя с помощью параллельного несимметричного ограничителя, состоящего из R1 и стабилитрона VD1. Положительный потенциал на входе микросхемы ограничивается на уровне напряжения на стабилитроне VD1 (Uст = 3,5 В), а отрицательный потенциал - на уровне падения напряжения на прямом сопротивлении стабилитрона (< 0,4 В).Форма импульсов на входе и выходе обострителя изображена на рис. 10,б и 10,г. На выходе первого каскада обострителя (элемент D5.1) формируются последовательности с частотой 50 Гц и длительностью 10 мс (рис. 10,в), которые без дальнейшего формирования используются в качестве модулирующих на входе модулятора.

Модулирующие импульсы длительностью 2 мс и 4 мс формируются в ждущем мультивибраторе 3 (рис.9), который запускается продифференцированными импульсами с выхода обострителя (рис.10,д). Ждущий мультивибратор совместно с дифференцирующей цепочкой выполнен на микросхеме D3.

Регулировка длительности импульсов  осуществляется потенциометрами R12 и R14. Напряжение с выхода ждущего мультивибратора (рис,10,е) подается на инвертор, собранный на одном элементе D2.4 микросхемы D2, Форма импульсов на выходе инвертора изображена на рис. 10,ж. Назначение инвертора - развязка ждущего мультивибратора, не допускающего работы на емкость свыше 100 пф от большой емкости С2, стоящей на входе модулятора. Конденсатор С2 является элементом фильтра R3 - С2, подавляющего, помехи, поcтупающие c выхода ждущего мультивибратора при отжатых клавишах "РЕЖИМ РАБОТЫ" (длительность импульсных помех 1 - 2 мc). Эти помехи при отсутствии фильтра приводили бы к ложной информации о наличии напряжений на выходе аппарата при отжатых клавишах "РЕЖИМ РАБОТЫ", т.к. индикатор выходного сигнала содержит в своем составе пиковый детектор, запоминающий как полезный сигнал, так и упомянутую помеху.

Буферный каскад построен по схеме эмиттерного повторителя  на транзисторе VТ4 и выполняет функцию развязки автогенератора от ступенчатого регулятора интенсивности УЗ колебаний излучателя и реализован в виде резисторов, стоящих в цепи эмиттера VТ4, коммутируемых переключателем S1..3.

 Предусилитель служит  для усиления сигнала до уровня, необходимого для нормальной  работы выходного усилителя. Он  выполнен на транзисторе VТ5 по схеме с ОЭ и с целью повышения стабильности коэффициента усиления охвачен глубокой ООС. Согласование предусилителя с выходным усилителем и выделение первой гармоники частоты 0,88 МГц осуществляется П-образным фильтром С8, L3, С12, С14, С15.

Усиление сигнала по мощности до уровня, достаточного для обеспечения требуемой интенсивности УЗ колебаний, осуществляется в выходном усилителе. Он собран по схеме о ОЭ на транзисторе VТ6 и также охвачен ООС.

Согласование выходного  сигнала осуществляется П-образными  LС-фильтрами. Коммутация этих фильтров при смене излучателей осуществляется переключателем S1.2.

Индикатор выходного напряжения служит для световой индикации и  наличия напряжения УЗ частоты на выходе электронного блока. Индикатор состоит из диодного детектора VD14 и транзисторного двухступенчатого ключа (VТ16, VТ17).

Для уменьшения влияния индикатора на амплитуду выходного напряжения входное сопротивление индикатора должно быть на один - два порядка выше сопротивления нагрузки электронного блока (излучателя). Выходное сопротивление индикатора должно быть низким для согласования с малым сопротивлением светодиода - светового прибора индикации.

Высокое входное сопротивление  индикатора обеспечивается за счет использования  полевого транзистора VT16 в первой ступени ключа; низкое выходное сопротивление получается за счет применения биполярного транзистора VT17 во второй ступени.

Защита от пробоя перехода, "исток - затвор" полевого транзистора  осуществляется параллельным несимметричным ограничителем R34, VD16. В качестве светового индикатора используется светодиод VD18, включенный в цепь эмиттера биполярного транзистора.

Аппарат питается от сети переменного  тока частотой 50 Гц и номинальным напряжением 220В через автономный блок питания, включающий в себя трансформатор T1 и два стабилизированных выпрямителя. Один из них (+6В) состоит из диодного моста VD12 и параметрического стабилизатора напряжения (транзистор VT8, стабилитрон VD11, резисторы R20, R22). Другой (+50В) - из диодного моста VD13 и параметрического стабилизатора напряжения (транзистор VT9, стабилитрон VD10, резистор R21). При изменении напряжения сети на ±10% изменение напряжения на выходе выпрямителя не превышает ±1% .

С выхода стабилизированного выпрямителя напряжение + 50В через  контакты 2,3 процедурных часов Е1 поступает на питание буферного  каскада, предусилителя и выходного  усилителя.

Индикатором включения аппарата в сеть служит светодиод VD19, подключенный к выходу диодного моста.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Разработка принципиальной  электрической схемы и выбор  напряжения

Функциональная  схема:

 

Выбор схемы электронного устройства осуществляется в соответствии с полученным заданием и характеристиками устройства.

        

 

 

 

 

           

3.Расчет генератора

      В нашем случае используется генератор, частота колебаний которых задается кварцевым резонатором. Как компонент генератора он обладает многими достоинствами: большой стабильностью параметров, надежностью, долговечностью, малыми габаритными размерами и массой. Кварцевые резонаторы относятся к изделиям массового производства. Их номенклатура очень широка как в конструктивном отношении, так и по значению частоты. Частотные границы резонаторов простираются от единиц килогерц до десятков мегагерц. Кварцевые генераторы просты по схеме и конструкции, экономичны по питанию, мало чувствительны к колебаниям питающего напряжения и температуры окружающей среды. Даже простые кварцевые генераторы (без особых мер повышения стабильности) обеспечивают относительную нестабильность частоты , тогда как у генераторов с LC колебательным контуром этот параметр обычно не бывает лучше, чем 10^-4. 

       По электрофизическим свойствам кварцевые резонаторы существенно отличаются от других компонентов электронной аппаратуры. Знание этих свойств очень важно для выбора оптимальной схемы и обеспечения правильных условий эксплуатации. Кварцевый резонатор представляет собой кристаллический элемент - тонкую пластину, диск или брусок, выпиленный из монокристалла природного или синтетического кварца, с нанесенными на его поверхность электродами, снабженными выводами для подключения к генератору. Углы среза кристаллического элемента относительно кристаллографических осей монокристалла кварца во многом определяют параметры резонатора. Резонатор крепят на держателях внутри герметичного корпуса, металлического или стеклянного. Для уменьшения потерь воздух из корпуса нередко откачивают. Каждый резонатор характеризуется определенной резонансной частотой механических колебаний, которую обеспечивают при его изготовлении, и в дальнейшем не подлежит изменению. Номинальную частоту колебаний указывают на корпусе резонатора. Реальная рабочая частота весьма незначительно отличается от номинальной.

       Кварц, как материал, очень тверд упрруг. В электрическом отношении он хороший диэлектрик. Действие резонатора основано на использовании пьезоэлектрического эффекта, или, как часто говорят, пьезоэффекта, которым обладает кварц. Если на пластину из кварца воздействует механическое усилие (изгиб, сдвиг по контуру или по толщине, кручение и т. п.), то на электродах возникает электрическое напряжение. Эффект этот обратим:электрическое напряжение на электродах создает внутренние механические напряжения в материале пластины и, как следствие, упругую ее деформацию.

    Переменное напряжение, поданное на электроды, вызовет механические колебания резонатора. Когда частота напряжения совпадает с частотой механического резонанса пластины, амплитуда колебаний максимальна. Механические колебания резонатора, в свою очередь, приводят к появлению напряжения на электродах. Если это напряжение усилить и в надлежащей фазе подвести к электродам, то в цепи усилитель- резонатор возникнут незатухающие электрические колебания на частоте механического резонанса резонатора. На этом и основано действие кварцевого генератора. Высокая стабильность частоты генерации обусловлена постоянством кварцевого резонатора, как механической колебательной системы. В аппаратуре кварцевый резонатор используется только как электрический прибор. Механические свойства обеспечивают желаемые электрические характеристики и являются внутренним, промежуточным звеном в преобразовании электрических сигналов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Выбираем микросхему  К155ЛА3, которые построены на основе так называемой транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Эта серия включает многовходовые элементы И-НЕ, триггеры, счетчики, дешифраторы, запоминающие устройства и т.д. Напряжение питания микросхем серии 155 составляет 5±0,25 В, которое подается на выводы 14 (+5 В) и 7 (общий провод). При изображении логических элементов на принципиальных схемах подключение к ним источника питания, как правило, не показывают. Рассмотрим практическое использование в радиоэлектронных конструкциях микросхем серии 155. Наиболее часто в конструкциях используется микросхема K155ЛA3.

      В состав микросхемы входит четыре элемента 2И-НЕ, каждый из которых выполняет операцию логического умножения сигналов по двум входам с последующей инверсией результата на выходе. Следует отметить, что логический элемент, входящий в микросхему, может работать отдельно независимо от других, в связи с этим на принципиальных схемах элементы, составляющие микросхему, изображаются отдельно один от другого. На принципиальных схемах этот факт отмечают в буквенно-цифровом обозначении, например, DD1.1, DD1.2, DD1.3 и DD1.4