Разработка компенсационного стабилизатора напряжения

Содержание

 

Введение........................................................................................................ 4

1 Разработка компенсационного стабилизатора напряжения..................... 5

2 Анализ комбинационной схемы, ми­нимизация логической схемы и синтез комби­национного устройства....................................................................... 8

2.1 Решение.................................................................................................... 8

Заключение................................................................................................. 16

Список использованных источников.......................................................... 17

Приложение................................................................................................. 18

Проверка на плагиат................................................................................... 20

Введение

 

 

Результатом прохождения курса обучения по дисциплине Электротехника, явилось выполнение курсовой работы по теме «Электротехника, электроника и схемотехника». Целью выполнения курсовой работы является закрепле­ние теоретических знаний, приобретение практических навыков рас­чета, анализа и синтеза простейших комбинационных схем на логических элементах и проведения эксперименталь­ных исследований по определению логических функций, устройств на интегральных микросхемах и устройств.

В ходе выполнения работы, для варианта №11 по принципиальной электрической схеме (рисунок 1 и таблица 1) будет проведен анализ и установлена функциональная зависимость в виде формул алгебры логики и таблицы истинности.

Будет выполнен расчет компенсационного стабилизатора напряжения, согласно заданию варианта 11, построена схема устройства с радиоэлементами, выбранными на основании расчета устройства.

Характеристики компенсационного стабилизатора напряжения:

Диапазон выходного напряжения 5…10.

Максимальный ток нагрузки 2.

 

 

 

Рисунок 1. Исходная принципиальная электрическая схема

№ Варианта	ДД1	ДД2	ДД3	ДД4	ДД5	ДД6	ДД7
	*	−	ИЛИ-НЕ	ИЛИ	И-НЕ	ИЛИ	И-НЕ

Таблица 1. Исходные данные

 

Разработка компенсационного стабилизатора напряжения

 

 

Произведем расчет компенсационного стабилизатора напряжения. Примем напряжение питания компенсационного стабилизатора напряжения равным:

 

U пит = Uвых max + (5…10)= 10+10 = 20 B

 

Где Uвых max – максимальное значение выходного напряжения.

 

Произведем Выбор элементов стабилизатора напряжения. В качестве стабилитрона VD1 выбрали прибор:

 

КС156А (Ucc = 5,6 В; Icc = 3…55 мА; Icc.ном = 10мА; Рmax = 0,3Вт)

 

Выбор регулирующего транзистора VT1 проведен на основании ограничения Pтр < Pmax; Imax * 1,7; Uкэ.max.

 

Данным ограничениям удовлетворяет составной транзистор КТ825Е,

обладающий параметрами:

Uкэ.max = 30В; Iкэ.max = 20А; Uкб.max = 30В; ß = 750…18000

 

Таким образом, максимальный ток базы транзистора VT1 составляет

 

Iд.max = Iвых.max/ ß = 2/750 = 0,0026А.

 

Учитывая ограничение (Iвых.max > Iб.max; Un > Uвх), выбрали операционный усилитель типа К140УД2Б, обладающий параметрами:

 

Un = ± 6,3 В; Iвых.max = 0,006 A; Ky = 2000…50000; Iвх = 100 нА.

 

Операционный усилитель (ОУ) DA1 формирует напряжение в диапазоне от 3,6 до 6,6 В, с учетом падения напряжения на переходе регулирующего транзистора. Коэффициент усиления ОУ ограничен на уровне 2, путем ввода отрицательной обратной связи в виде делителя R5R6

 

Ky = 1+ R5/R6,

 

R5/R6 = Ky – 1.

 

Исходя из вышесказанного, построим схему компенсационного стабилизатора напряжения (рисунок 2).

 

 

 

 

Рисунок 2 – Схема компенсационного стабилизатора напряжения

 

 

Таким образом, R5 = R6 =100 кОм. Следовательно на вход ОУ следует подавать потенциал в диапазоне от 1,8 до 3,3 В. (Uд.min = 1,8 В; Uд.max = 3,3 В)

 

Номинал резистора R1 рассчитан по формуле:

 

R1 = (Uпит- Ucc)/Iсс.ном =(20-5,6)/ 0,01 = 1440 ≈ 1500 Ом

 

Выбрав ток делителя R2R3R4 Iд равным 1 мА (что не нарушает нормальный режим работы стабилитрона VD1)

 

Расчет номиналов резисторов делителя выполнен по формулам

 

R2 = (Ucc- Uд.max)/Iд =(5,6-3,3)/ 0,001 = 2300 ≈ 2400 Ом,

R4 = (Uд.min)/Iд =1,8/ 0,001 = 1800 Ом,

R3 = Ucc/Iд – (R2+R4) = 5,6 / 0,001 - (2300 + 1800) = 1500 Ом

 

R5 и R6 примем равными 100 кОм.

 

Таким образом, в компенсационном стабилизаторе напряжения, имеющем требуемые параметры, следует использовать следующие компоненты указанные в таблице 2

 

 

Поз.	Наименование	Кол.	Примечание
	Резисторы
R1, R3	1,5 кОм
R2	2,4 кОм
R4	1,8 кОм
R5, R6	100 кОм
	Стабилитроны
VD1	KC156F
	Транзисторы
VT1	KT825E
	Операционные усилители
DA1	K140УД2Б

 

Таблица 2 – Спецификация элементов.

 

 

2 Анализ комбинационной схемы, ми­нимизация логической схемы и синтез комби­национного устройства

 

 

Проводим анализ комбинационной схемы, ми­нимизируем логическую схему и синтезируем комби­национное устройство в заданных базисах логических эле­ментов 2И-НЕ, 2ИЛИ, ИЛИ-НЕ (рисунок. 3).

 

 

Рисунок 3. Комбинационная схема

 

 

Исходные данные:

ДД1-НЕ; ДД2 —; ДДЗ - ИЛИ-НЕ; ДД4 - ИЛИ; ДД5 - И-НЕ; ДД6 - ИЛИ, ДД7 - И-НЕ

 

Решение.

Установим функциональную зависимость.
Обозначим промежуточные переменные.

 

 

 

Исключим внутренние промежуточные переменные.

 

 

Составим таблицу истинности (таблица 3).

 

x3	x2	x1	y

 

Таблица 3. Таблица истинности

 

 

Совершенная дизъюнктивная нормальная форма имеет вид (ниже). Проводим склеивание и поглощение, получаем сокращенную форму:

 

 

Каждому члену СДНФ соответствует единичное значе­ние функции.

Проведем склеивание и поглощение, получим сокра­щенную форму.

Склеиваются следующие пары членов – 1-й и 2-й, 2-й и 4-й, 3-й и 4-й:

 

 

Результат склеивания:

 

 

Сокращенная форма содержит лишний член. Для перехода к минимальной форме строим импликантную таб­лицу или таблицу покрытия (таблица 4).

 

	*	*
		*		*
			*	*

 

Таблица 4. Таблица покрытия

 

 

Импликанты составляют ядро, поэтому не могут быть исключены.

Исключаем из сокращенной формы импликанту .

Получаем минимальную дизъюнктивную форму

 

 

Для проверки полученного результата проведем мини­мизацию другим методом — с использованием карт Карно (таблица 5)..

 

 

x1x2 x3
				I
		II	II	I

 

Таблица 5. Карта Карно

 

 

Области I соответствует набор (10*) или член

Области II соответствует набор (*11) или член .

Минимальная дизъюнктивная форма представляет со­бой дизъюнкцию двух конъюнкций, соответствующих двум областям:

 

 

Минимальные ДНФ, полученные различными метода­ми, совпадают.

Построим структурную схему устройства по полу­ченной минимальной ДНФ (Рисунок. 4).

 

Рисунок 4. Структурная схема устройства

 

Структурная схема содержит всего 4 элемента вместо 6 в первоначальной схеме. Значительно сокращено число ме­жэлементных соединений. Однако в схеме использованы 3 различных элемента НЕ (ДД1), И (ДД2, ДДЗ), ИЛИ (ДД4).

Синтезируем схему в базисе 2И-НЕ.

 

Построим структурную схему устройства в базисе 2И-НЕ. (Рисунок. 5)

 

 

 

Рисунок 5. Структурная схема устройства в базисе 2И-НЕ

 

 

Для построения схемы из 4 элементов 2И-НЕ доста­точно взять одну микросхему типа К555ЛАЗ.

Принципиальная электрическая схема выглядит сле­дующим образом (Рисунок. 6)

 

 

Рисунок 6. Принципиальная электрическая схема

 

Для построения комбинационного автомата в бази­се 2ИЛИ-НЕ составляем совершенную конъюнктивную нормальную форму

 

 

Каждому члену произведения СКНФ соответствует нулевое значение функции.

Проведем склеивание и поглощение, получим со­кращенную форму.

Склеиваются следующие пары членов – 1-й и 2-й, 2-й и 3-й, 1-й и 4-й:

 

 

Результат склеивания:

 

Для перехода к минимальной форме строим импликантную таблицу (таблица 6).

 

	*	*
		*	*
	*			*

 

Таблица 6. Импликантная таблица

Импликанты , составляют ядро, поэтому не могут быть исключены. Исключаем из сокращенной фор­мы импликанту

Получаем минимальную конъюнктивную форму:

 

 

Прямой подстановкой значений переменных можно убедиться, что данная минимальная конъюнктив­ная форма соответствует таблице истинности.

Для проверки полученного результата проведем минимизацию также и другим методом — с использова­нием карт Карно (таблица 7).

 

 

x1x2 x3
	I	II	II
	I

 

Таблица 7. Карта Карно

 

Области I соответствует набор (00*) или член

Области II соответствует набор (*10) или член . Минимальная конъюнктивная форма представляет со­бой конъюнкцию двух дизъюнкций, соответствующих двум областям:

 

 

Минимальные конъюнктивные формы, полученные разными методами, совпадают.

Построим структурную схему устройства по полученной минимальной КНФ (рис. 8).

Структурная схема содержит 4 элемента. Причем ис­пользуются различные элементы: НЕ (ДД1), ИЛИ (ДД2, ДДЗ), И (ДД4).

17. Синтезируем схему в базисе ИЛИ-НЕ. Для этого используем формулы де Моргана. В результате преобразований получим следующее (рисунок 7)

 

 

Рисунок 7. Схема в базисе ИЛИ-НЕ

 

 

.

 

Построим структурную схему устройства в базисе 2ИЛИ-НЕ (рисунок 8).

 

 

Рисунок 8. Схема в базисе 2ИЛИ-НЕ

 

 

Для технической реализации схемы из 4 элементов 2ИЛИ-НЕ достаточно взять одну микросхему К555ЛЕ1. Принципиальная электрическая схема выглядит следую­щим образом, (рисунок 9).

 

 

 

Рисунок 9. Принципиальная электрическая схема

 

 

На этой схеме наглядно видно, какие монтажные со­единения необходимо выполнить на микросхеме К555ЛЕ1.

 

Заключение

 

 

Результатом изучения дисциплины Электротехника, электроника и схемотехника стало выполнения курсовой работы, в которой полученные знания были применены на практике. Была представлена пояснительная записка в сброшюрованном виде на листах формата А4 (297 х 210 мм). На титульном листе указаны наименование кафедры; наименование дисциплины; заголовок домашнего задания; номер варианта, фамилия и инициалы студента;

В тексте пояснительной записки приводится содержание задания, исходные данные и условия. Все основные положения, приводимые в расчетах, сопровождаются обоснованием. Все записи, таблицы, схемы выполнены с соблюдением требований ЕСКД. Были произведены расчеты компенсационного стабилизатора напряжения, построена схема устройства.

По принципиальной электрической схеме проведен анализ и установлена функциональная зависимость в виде формул алгебры логики и таблицы истинности.

По заданной таблице истинности составили совер­шенную дизъюнктивную нормальную форму (СДНФ) и совершенную конъюнктивную нормальную форму (СКНФ).

Также, была минимизирована логическая функция, синтезировано комбинационное устройство в задан­ном базисе И-НЕ, ИЛИ-НЕ и в задан­ном базисе двухвходовых элементов 2И-НЕ, 2ИЛИ-НЕ. Разработаны принципиальные схемы реализации комбинационных автоматов.

 

 

Используемая литература

 

 

1.Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. Спб.: Питер, 2016. – 1072 с.

2.Таненбаум Э., Остин Т. Архитектура компьютера. 6 изд. Спб: Питер, 2017. – 816 с.

3.Акулов О.А., Медведев Н.В. Схемотехника. Базовый курс: учебник для студентов вузов. – М.: Омега-Л, 2017. – 574 с.

4. Евдокимов Л. Петров Н., Филатов С. Рекомендации к разработке ПО. – М.: Омега-Л, 2017. – 251 с.

5.Сапрунов Л. Электроника.. Спб: Питер, 2018. – 312 с.

6.Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике: Справочник/ Р. В. Данилов, С. А. Ельцова, Ю. П. Иванов и др.; Под ред. Б. Н. Файзулаева, Б. В. Тарабарина. — М.: Радио и связь, 2019. — 384 с.

7.Семененко В. А, Скуратович Э. К. Арифметико-логические основы компьютерной схемотехники. — М.: Академический проект, 2014. — 144 с.

 

Проверка на плагиат