Проектирование цифрового измерителя емкости и индуктивности (стр. 2 из 8)
– потребляемый ток 3 мА;
– скорость нарастания 0,3 В/мкс;
– диапазон рабочих температур от 0 до плюс 70 °С;
– относительная влажность не более 98 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 20000 ч;
– интенсивность отказов не более 2∙10-10 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 18 лет.
Микросхема выбрана потому, что имеет высокий коэффициент усиления и низкое потребление энергии.
Микросхема КР1157ЕН502А
Стабилизатор напряжения.
Эксплуатационные характеристики:
– напряжение стабилизации 5 В;
– максимальный ток стабилизации нагрузки 0,1 А;
– рассеиваемая максимальная мощность 0,5 Вт;
– диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 80 °С;
– относительная влажность не более 98 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 15000 ч;
– интенсивность отказов не более 2∙10-8 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 12 лет.
Микросхема выбрана потому, что имеет низкий коэффициент нестабильности по напряжению.
Микросхема К561ЛН2
Шесть буферных инверторов.
Эксплуатационные характеристики:
– напряжение стабилизации от 3 до 15 В;
– рассеиваемая мощность 0,4 мкВт;
– диапазон рабочих температур от минус 10 до плюс 70 °С;
– относительная влажность не более 98 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 40000 ч;
– интенсивность отказов не более 2∙10-8 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 15 лет.
Микросхема серии К561 являются более современной по сравнению с серией К176 и превосходит их по всем параметрам.
Микросхема ATtiny15
Микроконтроллер.
Эксплуатационные характеристики:
– напряжение питания от 2,7 до 5,5 В;
– рабочая частота 4 МГц;
– разрядность 8 бит;
– емкость памяти 1 кбайт;
– тип памяти FLASH;
– диапазон рабочих температур от 0 до плюс 70 °С;
– относительная влажность не более 98 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 40000 ч;
– интенсивность отказов не более 2∙10-8 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 18 лет.
Индикатор символьный HT1613
Десятиразрядный семисегментный жидкокристаллический
Эксплуатационные характеристики:
– напряжение питания от 1,2 до 1,7 В;
– потребляемый ток 10 мкА;
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 50000 ч;
– интенсивность отказов не более 2∙10-8 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 15 лет.
Индикатор выбран потому, что имеет меньше соединений в отличии от индикаторов без управляющего микроконтроллера и низкое потребление энергии.
Светодиод АЛ307БМ
Эксплуатационные характеристики:
– цвет свечения - красный;
– длина волны от 650 до 675 нм;
– сила света 0,9 мКд;
– прямой ток 10 мА;
– прямое напряжение 2 В;
– обратное напряжение 2 В;
– диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 70 °С;
– относительная влажность не более 98 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 50000 ч;
– интенсивность отказов не более 2∙10-8 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 15 лет.
Светодиод выбран потому, что имеет малые габариты, широкий диапазон рабочих температур, малую интенсивность отказов, низкую стоимость.
Резисторы С2-33Н-0,125
Резисторы постоянные металлодиэлектрические неизолированные, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока и в качестве элементов навесного монтажа.
Эксплуатационные характеристики:
– допуск 10 %;
– номинальная мощность 0,125 Вт;
– температура при номинальной мощности плюс 70 °C;
– уровень собственных шумов не более 5 дБ;
– сопротивление изоляции 1∙104 Мом;
– диапазон температур от минус 60 до плюс 155 °С;
– относительная влажность воздуха при плюс 35°С 98 °С;
– предельное рабочее напряжение переменного
или постоянного тока 200 В.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 30000 ч;
– интенсивность отказов не более 1∙10-7 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 15 лет.
Резистор выбран потому, что имеет большую наработку на отказ, высокую стабильность параметров, малый уровень шумов и низкую стоимость.
Резисторы СП3-19а
Резисторы переменные не проволочные подстроечные, применяются для работы в цепях постоянного и переменного токов в непрерывных и импульсных режимах. Предназначен для монтажа на поверхность.
Эксплуатационные характеристики:
– мощность (при температуре 40°С) 0,5 Вт;
– предельное рабочее напряжение не более 150 В;
– допустимое отклонение сопротивления от номинального ±20 %;
– диапазон температур от минус 60 до плюс 125 °С;
– относительная влажность воздуха при плюс 35 °С 98 %;
– число циклов перемещения подвижной системы 500;
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 20000 ч;
– интенсивность отказов не более 1∙10-7 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 10 лет.
Резистор выбран потому, что имеет большую наработку на отказ, высокую стабильность параметров, малый уровень шумов.
Диод Д311А
Диод кремниевый.
Эксплуатационные характеристики:
– прямой ток 0,3 А;
– обратный ток 10 мкА;
– прямое напряжение 1 В;
– обратное напряжение 100 В;
– диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 85 °С;
– относительная влажность не более 98 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 30000 ч;
– интенсивность отказов не более 2∙10-7 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 12 лет.
Диод выбран потому, что имеет малые габариты, широкий диапазон рабочих температур, обладает высокой ударопрочностью.
Диод КД522Б
Диод кремниевый.
Эксплуатационные характеристики:
– прямой ток 50 мА;
– обратный ток 1 мкА;
– прямое напряжение 1 В;
– обратное напряжение 75 В;
– диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 85 °С;
– относительная влажность не более 98 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 30000 ч;
– интенсивность отказов не более 2∙10-7 %;
– срок сохраняемости не менее 12 лет.
Диод выбран потому, что имеет малые габариты, широкий диапазон рабочих температур, высокое допустимое Uобр=30в, обладает высокой ударопрочностью.
Выбор прочих элементов.
Остальные элементы схемы выбираются, исходя из их эксплуатационных и функциональных характеристик: переключатель B170G, кнопка ПКн150–1, гнезда BP–121. [1,3,4,6,14]
1.4 Электрический расчёт балластного резистора
Исходные данные:
напряжение питания Uп = 5 В;
прямое напряжение светодиода UHLпр = 1,5 В;
прямой ток светодиода IHLпр = 10 мА.
Требуется определить:
сопротивление и мощность резистора Rб.
Расчет ведется по схеме приведенной на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Схема включения
1.4.1 Определяю падение напряжения на резисторе Rб, Uпад, В, по формуле:
Uпад = Uп – UHLпр (1.1)
Uпад = 5 – 1,5 = 3,5 В
1.4.2 Определяю сопротивление резистора, Rб, Ом, по формуле:
(1.2) 
1.4.3 Определяю мощность резистора Rб, Р, Вт, по формуле:
P = Uпад × IHLпр (1.3)
P = 3,5 × 0,01 = 0,035 Вт
Исходя из получиных данных выбираю резистор Rб из ряда Е24 С2-33Н-0,125-360 Ом. [5]
1.5 Электрический расчет стабилизатора напряжения
Исходные данные:
выходное напряжение U = 5 В;
ток нагрузки Iн = 15 мА;
частота сети f = 50 Гц;
Требуется определить:
тип стабилизатора напряжения;
номиналы емкостей С9 и С10.
По данному выходному напряжению, равному 5 В и состоянию современной элементной базы, целесообразно выбрать стабилизатор серии КР1157ЕН502А.
По приблизительным расчетам ток нагрузки составляет около 15 мА, который может обеспечить этот стабилизатор, т. к. он рассчитан на ток 250 мА. Напряжение стабилизации этой микросхемы 5 В ± 0,2 В, при Uвх. = 8 В, что подходит к параметрам по напряжению питания.
Для обеспечения устойчивости работы стабилизатора при импульсном изменении тока нагрузки на выходе необходим конденсатор емкостью не менее 10 мкФ, поэтому выбираем емкость 47 мкФ на выходе и 100 мкФ на входе.
Конденсаторы выбираем марки К50-68, т. к. они удовлетворяют нашим условиям: малые габариты, современная элементная база и дешевизна.
Рабочее напряжение конденсатора должно быть больше напряжение стабилизации, поэтому выбираем конденсаторы на напряжение 16 В на входе и выходе.
Получаем:
С10 – К50-68-16В-47 мкФ;
С11 – К50-68-16В-100 мкФ.
Для нормальной работы стабилизатора на его входе должно быть напряжение не менее 7 В. А так как ток потребления самим стабилизатором не более 5 мА, то ток нагрузки выпрямителя должен быть не менее 20 мА. [5]
1.6 Описание конструкции изделия с обоснованием применяемых материалов и полуфабрикатов
1.6.1 Обоснование выбора применяемых материалов
Конструкция устройства выполняется на печатной плате из фольги-рованного стеклотекстолита СФ-1-50. Выбор стеклотекстолита обусловлен тем, что стеклотекстолит имеет огромный ряд преимуществ по сравнению с гетинаксом.
Стеклотекстолит имеет высокую механическую прочность, высокую нагревостойкость (до 180 °С), высокое удельное объемное сопротивление (5∙1012 Ом/см), малый тангенс угла диэлектрических потерь (0,03), прочность сцепления фольги с основанием (10 Н/см2 ).
Для сравнения, если взять гетинакс, то становится очевидно, что он не имеет никаких преимуществ по отношению к стеклотекстолиту. Гетинакс имеет удельное, объемное сопротивление (1∙109 Ом/см), тангенс угла диэлектрических потерь (0,07), прочность сцепления фольги с основанием
(19 Н/см2). Кроме того, гетинакс уступает стеклотекстолиту, как по электрическим, так и по физико-механическим свойствам.