1.3 Разработка схемы электрической принципиальной

Принципиальная электрическая схема разрабатывается на основании анализа исходных данных и принятой структурной схемы. Задача разработки электрической схемы проектируемого устройства заключается в выборе и обосновании принципиальных схем каскадов для реализации структурной схемы.

Вначале производится анализ известных схемных решений проектируемого каскада, приводится схема одного из них. И на основании анализа исходных данных и принятой структурной схемы выбирается наиболее подходящая электрическая схема. Критерии выбора: простота, надежность, дешевизна при выполнении заданных требований. Она может быть дополнена, усовершенствована новыми схемными решениями.

Исходя, из разработанной структурной схемы пробника многофункционального принципиальная схема состоит из следующих функциональных узлов:

1. микроконтроллер;

2. панель управления;

3. устройство индикации;

4. блок питания.

В качестве управляющего устройства целесообразно выбрать микроконтроллер типа picl6f870 с кварцевым резонатором. Микроконтроллер серии picl6f870 производителен и экономичен. Имеет удобный для разводки платы и пайки корпус. Расстояния между ножками относительно большое. Широко доступен в продаже. Недорогой. Условное графическое обозначение микроконтроллера приведено на рисунке 2.

Рисунок 2 – Условно графическое обозначение микроконтроллера

В качестве устройства индикации целесообразно использовать светодиодные индикаторы, т.к. они дешевы и надежны, обеспечивают достаточную яркость свечения сегментов. Условное графическое изображение индикатора приведено на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема электрическая принципиальная устройства индикации

Для данного устройства, целесообразно использовать блок питания, обеспечивающий наличие стабилизированного напряжения +9В. Для получения данных напряжений необходимо использовать стабилизатор на +9В. Схема электрическая принципиальная источника питания показана на рисунке4.

Таким образом, электрическая принципиальная схема пробника многофункционального, имеет вид, представленный на рисунке 5.

Рисунок 4 – Электрическая принципиальная схема источника питания

1.4 Выбор элементной базы

Данный подраздел тесно связан с разработкой принципиальной схемы. Следует стремиться к максимальной микросхемизации разрабатываемого узла, но и учитывать возможности учебной материальной базы производственных мастерских радиотехнического цикла.

Выбор электрорадиоэлементов (ЭРЭ) должен быть сделан так, чтобы обеспечить надежную работу узла, блока. При этом необходимо стремиться к выбору недорогих элементов и имеющих широкое применение в современных радиоаппаратах и добиваться максимальной простоты сборки и электрического монтажа, регулировки и эксплуатации. Все ЭРЭ выбираются по справочной литературе и техническим условиям (ТУ).

В соответствии с разработанной принципиальной схемой, выбираем электрорадиоэлементы для проектируемых часов со светодиодной индикацией выбираем:

Резисторы R11…R13постоянные непроволочные резисторы, имеют минимальную ватность – 0,125Вт, с максимальным отклонением от номинального значения сопротивления 5%; ТКС = 0,001; максимальное рабочее напряжение U_{раб мах} = 200В. Выбираем резисторы типа МЛТ, так как они имеют малый вес, стоимость, габариты и паразитные параметры.

R1,R7 – 100 Ом, МЛТ-0,125;

R2 – 510 Ом, МЛТ-0,125;

R3– 20 Ом, МЛТ-0,125;

R4– 150 Ом, МЛТ-0,125;

R5– 470 Ом, МЛТ-0,125;

R6,R10,R11,R12,R13 – 10 кОм, МЛТ-0,125;

R8 – 100 кОм, МЛТ-0,125;

R9 – 1 кОм, МЛТ-0,125;

Конденсаторы C2,C3 конденсаторы постоянной емкости оксидно-электролитическиe алюминиевыe, рассчитанные на максимальное напряжение 25В, с максимальным отклонением от номинального значения емкости 10%, ТКЕ = 0,01.Выбираем конденсаторы К-10-35, они обладают большой емкостью, в пересчете на единицу объема, низкой ценой и доступны.

С2 – 100 мкФ0,4;U_н(1,3-1,5);U_раб=25В;ТКЕ=10^-3 1/С⁰;

С3 – 2200 мкФ0,4;U_н(1,3-1,5);U_раб=25В;ТКЕ=10^-3 1/С⁰.

Конденсаторы C1,C4,С5 конденсаторы постоянной емкости керамические, с рабочим напряжением ниже 1600В, с максимальным отклонением от номинального значения емкости 10%, ТКЕ = 0,01. Выбираем конденсаторы К-10-5, они позволяют получить высокую емкость в единице объема, имеют стабильную емкость, устойчивы к изменениям температуры.

С1 – 0,1 мкФ0,4;U_н=50В;ТКЕ=10^-3 1/С⁰;

С4,С5 – 22 пФ0,4;U_н=50В;ТКЕ=10^-3 1/С⁰.

Диоды VD1…VD4: RS407 - диодная сборка. Выбираем RS407 – кремниевый диффузионный диод, он соответствует всем параметрам, стабилен в работе, доступен в цене. Максимальный прямой ток – 4 А, максимальное обратное напряжение – 1000В, температура окружающей среды -60 +130 С⁰. VD5: д814б – стабилитрон малой мощности. Номинальное напряжение стабилизации – 9В, максимальная мощность 340Вт. HL1: АЛ301А – светодиод. Номинальное напряжение - 3,15В, ток – 20 мА.

Трансформатор выбираем трансформатор ТПП-207-220-35. Это малогабаритный дешевый трансформатор, использующийся для питания п/п приборов .

Параметры:

• f = 50 Гц;

• U₁ = 220 B;

• U₂ = 9 В.

_{Микросхема DD1: pic16f870 – микроконтроллер. 3,5 кб флеш-памяти команд, 128 б электрически программируемой памяти, 128 б статической памяти DA1: LM2931 – стабилизатор напряжения. Данная микросхема предназначена для вторичных источников питания, является стабилизатором фиксированного напряжения, недорога и доступна в продаже.}

Параметры:

• диапазон рабочих напряжений – 25 В;

• максимальный потребляемый ток 120 мА;

• напряжение стабилизации – 5 В;

• диапазон рабочих температур составляет от -65С⁰ - +150 С⁰.

Индикатор выбираем семисегментный, недорогой удовлетворяющий данным параметрам. HG1-HG4: LTC5461AS R - индикатор семисегментный. Потребление тока менее 30мА. Отображение информации: 4 символа 7 сегментов.

Кварцевый резонатор выбираем среднечастотный резонатор, имеющий стабильность и точность частоты удовлетворяющую бытовым приборам. Недорогой. Максимальное отклонение от номинала составляет 0.1%.

ZQ1: 20 МГц.

Аккумуляторная батарея. Напряжение – 9В, ток – 800 мА.

Предохранитель выбираем быстродействующую малогабаритную плавкую вставку ВП-1. FU1: ВП-1 – керамический предохранитель, 250В,0,2А.

Переключатели SB1,SB2 – кнопочные без фиксации и с возвратом в исходное состояние. SA1,SA2 – с фиксацией.

XP1 – шнур питания подключения к устройству.

XS1 – гнездовой соединитель.

Транзисторы КТ315 – кремниевый высокочастотный биполярный транзистор малой мощности n-p-n – проводимости в корпусе КТ – 13. КТ817 – кремниевый биполярный транзистор.