2 Анализ схемы электрической принципиальной и описание принципа работы изделия
Заготовка схемы электрической принципиальной приведена на рис. 1, а основные требования к схемным элементам, вытекающие из схемотехнического проектирования – в таблице 1.
Принцип действия Устройство представляет собой фильтр низкой частоты, собранный на операционных усилителях типа КР544УД2А и предназначен для фильтрации сигналов от высоких частот, частота среза фильтра составляет 15кГц, т. е не превышает диапазон, слышимых человеческим ухом.
При анализе схемы электрической принципиальной следует определить токи и напряжения, действующие в каждой цепи устройства. Это необходимо для оптимального подбора элементной базы для будущего функционального узла. Необходимо определить мощности рассеивания для резисторов, рабочие напряжения на конденсаторах. На вход схемы подадим периодический прямоугольный сигнал. Изображенный на рисунке:
Проведем анализ схемы по постоянному току используя программное обеспечение Micro-CAP V9. Результат анализа представлен на рисунках 2.1, 2.2, 2.3 и в таблице 2.1:
Рис. 2.1 - Напряжение в основных точках
Рис. 2.2 - Токи, протекающие в схеме
Рис. 2.3 - Мощности выделяемые или поглощаемые на элементах
Таблица 2.1
|
Резисторы | |||
|
Обозначение на схеме |
Величина тока, А |
Величина напряжения, В |
Рассеиваемая мощность, Вт |
|
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 |
198,48·10-6 198,44·10-6 40·10-9 69,812·10-9 1,302·10-3 1,302·10-3 6,548·10-9 139,592·10-9 |
68,994·10-6 68,994·10-6 68,994·10-6 104,719·10-6 6,894 6,894 6,894 209,389·10-6 |
153,637·10-6 153,575·10-6 7,52∙10-12 7,311∙10-12 7,969·10-3 7,968·10-3 184,353∙10-15 29,229∙10-12 |
|
Конденсаторы | |||
|
Обозначение на схеме |
Величина напряжения, В | ||
|
С1 С2 С3 С4 С5 С6 C7 C8 C9 C10 |
1000·10-6 68,994·10-6 773,846·10-3 15 15 6,894 6,894 13,013 15 15 | ||
3 Выбор элементной базы и вариантов ее установки
При выборе элементной базы руководствоваться ограничениями, которые накладываются условиями эксплуатации. Элементная база должна быть устойчивой к заданным механическим воздействиям, характеризующим объект установки; проявлять работоспособность в заданном диапазоне температур.
Выбор начнем с активных компонентов (микросхем), так как они определяют ток, а следовательно, и рассеиваемую мощность на пассивных компонентах – резисторах.
В качестве операционного усилителя выберем микросхему LA6458M (SO8). Габариты представлены на рис. 3.1, схема включения на рис. 3.2, а ее параметры приведены в таблице 3.1.
Рисунок 3.1 - Габаритный чертеж корпуса типа SO8, подтип 4301
Рис 3.2 - Условное графическое обозначение оу
Назначение выводов :
1,5 - балансировка;
2 - вход инвертирующий;
3 - вход неинвертирующий;
4 - напряжение питания -Uп;
6 - выход;
7 - напряжение питания +Uп;
8 - коррекция;
Таблица 3.1 - Параметры операционного усилителя LA6458M[4]
|
Напряжение питания В |
±8..±16.5 |
|
Максимальное выходное напряжение при Uп= 15 В, Uвх= 0,1 В, Rн = 2 кОм |
±10 В |
|
Входной ток при Uп= 15 В, Rн = 2 кОм |
не более 0.05 нА |
|
Ток потребления при Uп= 15 В, Uвых = ±0.02 В |
не более 7 мА |
|
Входное сопротивление |
не менее 300 ГОм |
|
Коэффициент усиления напряжения при Uп=±15 В, Uвых=±4 В, Rн=2кОм |
не менее 20000 |
Геометрические размеры (мм):
|
число выводов |
А1 |
А2 |
D |
E |
He | |||||||
|
min |
max |
min |
Max |
min |
max |
min |
max |
min |
Max | |||
|
8 |
- |
2 |
1,25 |
1,65 |
4,61 |
5 |
3,8 |
4 |
5,7 |
6,3 | ||
Электролитические конденсаторы С1, С8 емкостями 10 мкФ. Им соответствуют танталовые чип конденсаторы с типом корпуса SMD. Габаритный чертеж корпуса и размеры контактных площадок электролитического конденсатора представлены на рисунке 3.4 и в таблице 3.3.[3]c.34
Рис. 3.4 - Габаритный чертеж корпуса и размеры контактных площадок алюминиевого оксидно-электролитического конденсатора
Таблица 3.3 - Габаритные размеры танталового чип конденсатора
|
Порядковый номер конденсатора |
Размер по стандартуEIA |
Размеры, мм | ||||
|
L |
W |
T |
A |
B | ||
|
1 8 |
3528 3528 |
3,5 3,5 |
2,8 2,8 |
2,2 2,2 |
6,5 6,5 |
1,9 1,9 |
В качестве конденсаторов C2=3900пФ, С3=1500пФ,C4-C5=0,022мкФ, С9-С10=0,022мкФ, С6=0,01мкФ, С7=620пФ выберем зарубежные многослойные керамические конденсаторы. Габаритные размеры представлены в таблице 3.4, внешний вид на рисунке 3.5. Интервал рабочих температур -55…+125 °С. Номинальное значение напряжения 16В.[3]c31
а - внешний вид, б - габаритный чертеж
Рис. 3.5 - габаритный чертеж компонентов в чип корпусах
Таблица 3.4 - Габаритные размеры компонента в чип корпусе
|
Порядковый номер конденсатора |
Размер по стандартуEIA |
Размеры, мм | ||||
|
L |
S |
W |
T |
H.max | ||
|
2 3 |
1206 0805 |
3,2±0,2 2±0,2 |
1,9±0,4 0,7±0,4 |
1,6±0,2 1,3±0,15 |
0,5±0,25 0,5±0,25 |
1,35 1,1 |
|
4 |
0603 |
1,6±0,15 |
0,71±0,26 |
0,8±0,15 |
0,35±0,15 |
0,85 |
|
5 |
0603 |
1,6±0,15 |
0,71±0,26 |
0,8±0,15 |
0,35±0,15 |
0,85 |
|
6 |
0805 |
2±0,2 |
0,7±0,4 |
1,3±0,15 |
0,5±0,25 |
1,1 |
|
7 |
0805 |
2±0,2 |
0,7±0,4 |
1,3±0,15 |
0,5±0,25 |
1,1 |
|
9 |
0603 |
1,6±0,15 |
0,71±0,26 |
0,8±0,15 |
0,35±0,15 |
0,85 |
Резисторы нагружены не одинаково. Мощность, рассеиваемая на резисторах минимальна. Значит можно выбирать резисторы с любым значением мощности. В качестве резисторов выберем чип резисторы Р1-12-0,125, имеющие типоразмер 1206. Постоянные толстопленочные. Габаритные размеры и внешний вид представлены на рисунке 3.5 и таблице 3.5. [3] c234
Таблица 3.5 - Габаритные размеры компонента в чип корпусе
|
Тип корпуса |
Размеры, мм | ||||
|
L |
S |
W |
T |
H, макс | |
|
1206 |
3,2±0,15 |
1,93±0,38 |
1,6±0,15 |
0,5±0,25 |
0,71 |