Вступ

На сьогоднішній день важко уявити життя людини без автоматизації майже всіх процесів, але це не було б можливим без використання радіотехніки та її досягнень

за останній час. Тому радіоелектроніка на сьогоднішній день являється однією з перспективних сфер розвитку науки та техніки.

Сучасна радіоелектронна апаратура існує майже у всіх сферах діяльності людини, але у деяких з них вона стала невід*ємною складовою частиною, а саме радіолокації, радіонавігації, системах зв’язку, обчислювальної техніки, машино будуванні, транспортній, у фізичних, хімічних, медичних, біологічних дослідженнях та інші.

За останній час прогрес у сфері радіоелектронної апаратури дав можливість підвищити функціональність багатьох модулів, радіоапаратура стала більш складовою, але в той же час вона стала менш габаритною, більш енергоекономічною та надійною.

В наш час тяжко уявити нормальне життя без радіоелектронних пристроїв. Без них неможливий подальший прогрес технологій. Радіоелектроніка зародилася в 20-30 роки минулого століття. Але за цей короткий час вона досягла колосального розвитку, пройшла шлях від винайдення струму і аж до нашого часу, часу масового застосування інтегральних мікросхем, і використання надпотужних комп’ютерів для їх проектування. Завдяки радіоелектроніці людина побувала на місяці, підкорила підводні глибини, отримала змогу досліджувати деякі зірки, які знаходяться за мільярди світових років. Щодня радіоелектронні прилади рятують життя і допомагають нам по господарству.

Цей відносно короткий проміжок часу, за який розвивається радіоелектроніка , можна розділити на декілька основних етапів розвитку, кожний з яких дозволяв різко збільшити кількість функцій, які виконує апаратура, підвищувати їх складність і одночасно при цьому зменшення габаритів та зниження споживання енергії.

У першому поколінні елементної бази електроніки роль активних елементів виконували різні електровакуумні прилади. Як пасивні елементи застосовували резистори (resistor), конденсатори (capacitor), котушки індуктивності, трансформатори, з'єднувачі, перемикачі і інші дискретні радіодеталі. Радіоелектронну апаратуру (РЕА) збирали з окремих дискретних елементів, які механічно зміцнювалися на спеціальних панелях і електрично з'єднувалися між собою дротяними провідниками за допомогою паяння або зварки. Пізніше була розроблені друкарські плати, які були надійнішими, забезпечували велику відтворюваність параметрів РЕА і відносну легкість автоматизації виробництва.

Друге покоління елементної бази електроніки з'явилося з винаходом транзисторів (transistor) в 1948 р. американськими ученими Бардіном і Браттейном. Перші транзистори були точковими, їх р-n-переходи одержували в місці контакту з напівпровідником двох заточених дротів. Проте точкові контакти були нестабільними. Цей недолік був усунений в сплавних транзисторах, отримання р-n-переходів яких засновано на взаємодії рідкої фази в плавного електрода, що містить легуючий елемент, з твердим напівпровідником. Сплавні транзистори відрізнялися великими переходами, низькою відтворюваністю параметрів і неможливістю отримання базових областей шириною менше 10 мкм. Потім у виробництво були впроваджені транзистори з дифузійними переходами, параметри яких більш відтворні, а ширина бази може бути зменшена до 0,2–0,3 мкм.

Третє покоління елементної бази електроніки – інтегральні мікросхеми – пов'язані з появою плівкової технології, яка в поєднанні з планарною технологією дала можливість в мікрооб'ємах твердого тіла виготовляти величезну кількість активних приладів.

Четверте покоління елементної бази електроніки складають функціональні мікросхеми, прилади і вузли. В структурі цих приладів важко або неможливо виділити елементи, еквівалентні традиційним дискретним компонентам (транзистори, діоди (diode), конденсатори (capacitor), резистори (resistor) і ін.). Прилади функціональної мікроелектроніки принципово відрізняються від елементів всіх попередніх поколінь. Тут проводиться інтеграція різних об'ємних і поверхневих фізичних явищ, завдяки чому може бути подоланий бар'єр конструктивної складності сучасних інтегральних мікросхем.

П’яте покоління характеризувалося використанням ВІС ГІС. Були створенні перші персональні комп’ютери, радіоелектроніка тісно переплелась з нашим повсякденним життям. Апаратура стала дуже компактною та продуктивною.

В перспективі створення наступного покоління РЄА в якому інформація та всі інші сигнали будуть передаватися за допомогою фотонів по скло волокну. Радіоапаратура ділиться: апаратуру радіо зв’язку, провідного зв’язку, радіолокаційна, радіовимірювальна, радіонавігаційна, медична, общтувальна, радіо і телеапаратура т.д.

Радіо електронна апаратура поділяється за класом: спеціальна та побутова.

Спеціальна апаратура використовується для досліджень, у військових цілях, для вимірювання та дослідження різноманітних величин та параметрів.

До побутової апаратури відносяться прилади з якими ми маємо справу у повсякденному житті.

Даний прилад відноситься до п’ятого покоління, так як в ньому використовуються мікросхеми підвищеної інтеграції та мікроконтролери. Цей прилад являється одним з видів вимірювальної апаратури завданням якої являється вимір постійних і змінних величин. Головним критерієм даного класу апаратури належать – точність, універсальність, компактність, великій діапазон вимірювального параметру та економічність до використовуваної енергії.

Призначення розроблювального приладу, цифрового частототоміра являється – вимірювання частотних параметрів будь якого сигналу. Прилад має хороший діапазон вимірювання, компактний, має невелику похибку і т.д.

Задача розрахунку - забезпечити мінімальні габаритні розміри приладу та максимальну технологічність при його виготовленні та експлуатації

1. Загальний розділ проекту

   1. Обґрунтування вибору схеми електричної принципової

В сучасний час, існує безліч видів, які відрізняються між собою використаною елементною базою та технічними характеристиками. Більшість із них прості, але вони дозволяють вимірювати частоту вхідного сигналу и не можуть виступати в ролі лічильника імпульсів та визначати їх період та тривалість.

В більшості частотомірів не моє можливості змінювати чутливість і вони мають невеликий вхідний опір ( одиниці кілоом), що призводить до сильного викривлення контролює мого сигналу в високо омних електричних колах, в деяких частотомірах використовуєтеся дорогій рідкокристалічний дисплей, що в свою чергу ускладнює їх серійне виробництво в других частотомірах великим недоліком, не зважаючи на їх високі технічні характеристики, можливість вимірювати окрім часто ти ще й період та тривалість цих імпульсів, а також можливість вимірювання параметрів котушок індуктивності та конденсаторів. У якої недостатньо велика вимірювальна тривалість імпульсів усього 10 мс. Чого в більшості випадків не достатньо.

Розроблюваний в цьому проекті багато функціональний цифровий частотомір має більш широкі можливості:

1. Границі виміру

• Частоти 1..40*10 ⁶ Гц;

• Тривалості та період повторювання імпульсів 3*10 ^-6..16,7с;

2. Максимальна ємність лічильника імпульсів 83886079;

3. Час індикації в режимі вимірювального періоду, тривалості імпульсів і сквапності 1с;

4. Дискретність виміру в режимі вимірювання частоти 1Гц;

5. Дискретність відліку в режимі вимірювання періоду та тривалості імпульсу 1 мкс;

6. Вхідний опір 1МОм

7. Пороговий рівень вхідного сигналу 0,025/0,5/1,5 В

8. Максимальний рівень вхідного сигналу при всіх діапазонах не більш ніж

30В

9. 358мА;

10. Додаткова похибка, зумовлена недостатньою частотою роботи мікроконтролера та не перевищує 1..2 мкс.

В цьому частотомірі реалізовані широкі функціональні можливості, які дозволяють вимірювати параметри імпульсної послідовності – частоту, період,тривалість та число імпульсів. Частотомір розроблений на основі нашої елементної бази, мало критичний до заміни елементів. Також він використовується для вимірювання параметрів імпульсів тільки позитивної полярності.

1.2 Обґрунтування вибору елементної бази

Підбір елементної бази дуже відповідальне та важливе завдання. Від цього залежить надійність та якість роботи приладу, також залежить економічна раціональність

В даній схемі, яка належить до схем третього класу точності, використовується:

Електролітичні конденсатори К 50 -35 в яких керамічний монолітний діелектрик розрахований на напругу 16В. Номінальна ємність для конденсатора К 50 -35 М75-10-100 мкФ. До переваг конденсаторів такого типу відносяться: висока ємність ( до сотень – тисяч мікрофарад) при порівняно малих габаритних розмірах, добре працюють на високих частотах, мають високу надійність і т.д. Саме тому при підборі елементної бази надано перевагу цим конденсаторам, але при необхідності їх можна замінити на конденсатори типу К 50 – 16, або на аналогічні імпортні аналогічного номіналу.

Також в цій схемі використовуються керамічні конденсатори К10 -17М750-10пФ-0,1мкФ, вони мають великий вибiр номiнальних ємкостей, надійні,тривалі та перевірені часом. При необхідності їх можна замінити на конденсатори КМ5 або КМ6.

Розрахованим на напругу 50В, конденсатор типу КТ4…20 являється конденсатором перемінної ємності. Тангенс кута діелектричних втрат 0,002,ємність3..15пФ,може змінюватися на будь який аналогічний конденсатор.

В основному всі резистори мають потужність 0,125 Вт,що задовольняє вимоги схеми по всім параметрам. При виборі типу резисторів слід також керуватись такими критеріями відбору як: малі габаритні розміри при широких діапазонах опорів та потужностей. Тип резисторів використаних у цій схемі один із самих популярних типів резисторів – С2 -23 потужністю 0,125 Вт та з допуском +10%. Вони також можуть бути замінені на резистори типу С2- 33, МЛТ відповідної потужності та опору, або будь які інші.

Використані в схемі діоди типу КД 503 В являються кремнієвим епітаксільно- планарним діодом . Пряма напруга при Іпр = 50 мА дорівнює 1 В, постійний зворотній струм не більше 0,5 мк А при U обр = 50 В, значения випрямленого максимального струму І випр. Макс. = 100 мА.

Діоди можно замінити на будь які інші ВЧ діоди.

Стабілізатор напруги КР1157ЕН5А використовується для живлення мікроконтролера та частини схеми і має наступні параметри: вихідна напруга U_вихід,

при вхідній напрузі Uвх = 35в; максимальний струм виходу Імакс вих=0,1А;нестабільність по напрузі – 0,05%/В, а по струму – 0,01%/В; тип корпусу – ТО-126. Цей стабілізатор найбільше підходить для даного виробу завдяки своїм параметрам але при не обхідності його можна замінити на будь який інший стабілізатор із схожими параметрами.

Стабілізатор напруги КР142ЕН5А використовується для живлення двох дев’яти дешифраторів, він схожий по параметрам на КР1157ЕН5А і відрізняється тільки вхідною напругою Uвх – 15 В та максимальним вихідним струмом Імакс вих – 2А. Тип корпусу – ТО-220. Цей стабілізатор можна при необхідності замінити на будь який інший стабілізатор зі схожими параметрами.

Мікросхема КР1171СП42 являється детектором пониження напруги живлення і використовується в апаратурі де потрібно отримати сигнал, попереджуючий про зміну контролюемої напруги нижче рівня норми. Вибір даної мікросхеми обумовлений хорошими параметрами: Uспр- не менше 4В; Іпот викл – не більше 10мкА; Іжив- не більше 0,3А; Івх- від 10мА; Uмин жив – 1В; Іут- 1мкА, В даній мікросхемі затвор і сток відкриті. Ці параметри цілком відповідають потребам схеми цифрового цифрового частотоміра. Цю мікросхему можна замінити в крайньому випадку на мікросхему КР1171СП47.

Головним елементом схеми являється мікроконтролер КР1678ВЕ1 він використовується в системах керування в реальному часі. Він має невелику кількість виводі та низький струм живлення 2мА. Мікроконтрелер обладнаний наступними функціонально закінченими пристроями: центральним процесором, ЄСППЗШП команд, ОЗП даних, ЄСППЗП даних, сторожовим таймером двома портами вводу /виводу та таймером загального призначення. Мікроконтролер підійшов для даного цифрового частотоміра завдяки своїм задовільним параметрам:

1)ЄСППЗП команд – 1К*16бит;

2)ОЗП даних – 128*8бит;

3)ЄСППЗП даних – 64*8бит;

4)Система команд – 52 команди;

5)максимальний струм – 25мА;

6)16- розрядний таймер з8- розрядним подільником частоти;

7) Напруга живлення – 5В;

8)Тип корпусу – DIP2104.18-8.

Транзистор КТ3102А являється малопотужним кремнієвим біполярним транзистором П-Н-П типу. Його параметри являються оптимальними для проектованого приладу нього : Fт= 250 МГц, UкеRmax= 30В, Uкб = 5В, Uебо=5В, Ік=100мА, Іс=2мА, Ікбо=0,015мкА, Рк макс= 250мВт.

Замінити транзистор можна тільки в крайньому випадку на КТ342.

Транзистор КТ 3107 Б має схожі параметри і відрізняється лише структурою –

Н-П-Н і незначними частотними характеристиками, можна замінити на КТ 326.

Використання польового транзистора і ізольованим затвором забезпечує

Високій вхідний опір до 1МОм. На роль такого транзистора підходить модель

КП305Е. Транзистор такого типу має хороші електричні параметри: Fт = 200МГц,

Uси = 15В, Uзс = 30В, Іс = 15мА, Рк мах =150 мВт. Його можна замінити на модель

2П305Е.

Індикатор АЛС318 А має 9 розрядів. Світиться червоним кольором. Максимальна довжина хвилі – 680 нм, оптична сила – 0,95мкД, прямий струм – 5мА,пряма напруга – 1,9 В, обернена напруга – 5 В.

В якості світло діодів взято діоди типу АЛ307 ДМ червоного кольору індика -

цієї з прямою напругою – 2,8 В, прямим струмом – 20мА, оберненою напругою – 2В

та довжиною хвилі – 0,567 мкм.

В якості ВЧ роз’ємну використано роз’їм типу СР -50- 73 – ФВ, він не дорогий

компактний, конструктивно забезпечує надійне з’єднання провідників .

Дешифратори типу К555ИД10 і К176 ИД2 Виготовленні за КМОП технологією,

чотирьох розрядні входи, живляться від стабілізатора напругі КР142ЕН5А. Через

малу навантажувальну здатність дешифратор К176ИД2, він застосовується в цій

схемі разом з буферним підсилювачем. Напруга живлення цих мікросхем – 5В.

В схемі використовується транзисторні збірки типу КТС 622 А. Ця збірка

зібрана на польових кремнієвих П-Н-П типу транзисторах. Завдяки своїм параме-

трам ці збірки використовуються в даному приладі, як основа буферного подсилю-

вача. Серед цих параметрів: Fт = 150 МГц, tр= 18-35 нс,Uнке = 0,7В, Uнкє = 1,1В

при Ік = 0,4А і Іб = 0,08А.

Цю збірку можна замінити на набір біполярних транзисторів з аналогічними

параметрами.