Методические указания к курсовой работе для студентов направления 654600 "Информатика и вычислительная техника" (стр. 2 из 5)
где Iвых max - максимально-допустимый выходной ток ОУ.
2. Номиналы и марки резисторов выбираются по справочной литературе из реально существующих номиналов в соответствии с конкретным рядом Е /4/.
3. Номиналы выбираемых сопротивлении являются минимальными из тех, что соответствуют правилу 1, что минимизирует погрешность коэффициента Кu, обусловленную неточностью изготовления резисторов R1 и R2
4. Имеет место соответствие выбираемых резисторов по допустимой рассеиваемой мощности. Максимальная мощность, рассеиваемая на резисторе, определяется как
где
Как указывалось ранее, Uвых max - максимальное выходное напряжение ОУ, приводимое в справочных данных /5; 6/.
С учетом изложенного схема усилительного каскада с управлением Кu посредством изменения R2 имеет вид (рис. 5), Подсоединение требуемого R2i производится путем замыкания соответствующего ключа Кi. Остальные ключи Kt (t <> i) в этот момент разомкнуты.
Для инверсного включения (рис. 6)
(2)т. е. требуется уже учет сопротивления источника входного сигнала Rc (см. табл. 2 Приложения 1).
Схема усилительного каскада на базе инверсного включения ОУ также допускает управление Кu посредством изменения как R1, так и R2 (см. рис. 6). Выбор сопротивлений R1 и R2 для данной схемы осуществляется по следующим правилам:
1. Должно выполняться условие 
(3)2. Максимальная мощность, выделяемая на резисторе R2,
(4)3. Максимальная мощность, выделяемая на резисторе R1
(5)2.2.2. Усилительный каскад устройства с коммутацией каналов
В процессе разработки данного устройства необходимо нормализовать Uвых относительно Uвых max (максимального выходного напряжения ОУ, приводимого в справочных данных для усилителя). Для этого находится целая часть коэффициента Kui по каждому i - му входу.
.где […] обозначают взятие целой части частного.
В отличие от первого варианта задания (усилителя с переменным коэффициентом усиления) в данном устройстве целесообразно реализовать усилительный каскад на основе инверсного включения ОУ (рис. 6), так как прямое включение потребует введения двух коммутаторов: для коммутации входных сигналов (рис. 3) и для коммутации сопротивлений в цепи обратной связи (рис. 5). Инверсное включение позволяет совместить коммутацию путем введения сопротивлений в поле коммутации (рис. 7). Следовательно, для данного каскада используется выражение (2) для определения Кui, Исходные значения Rci указаны в табл. 3 Приложения 1, а значения R2 и R1i рассчитываются с учетом требовании нормирования Uвых, соотношении 3 - 5 для инверсного включения ОУ и правил 2 - 4 для прямого включения ОУ (п. 3.2.1).2.3. Разработка схемы коммутации
Как следует из рис. 3, 5 и 7 подключение резисторов к цепи обратной связи или на вход усилительного каскада производится путем замыкания одного из контактов. В работе предполагается, что реализация коммутации производится, на основе герконов (магнитоуправляемых герметичных контактов) /7/. Требуемый ток управления, протекающий через обмотку геркона и вызывающий замыкание его контактов, I у указан для каждого варианта задания в табл. 2, 3 Приложения 1. Общая схема подачи питания на обмотку управления может быть представлена следующим образом (рис. 8). Она включает источник напряжения Uп, собственно обмотку L, сопротивление ограничения тока Rогр, ключ К.Предполагается, что ток управления герконом протекает через обметку L только в момент замыкания ключа K.
Для простоты расчета предполагается, что RL = 0. Тогда ток управления Iу, требуемый для замыкания геркона, определится как
(6)где RК – сопротивление замкнутого контакта К. Целесообразно выбрать в качестве Un источник питания базовой интегральной серии (табл. 2, 3 Приложения 1) или другое значение напряжения, уже используемое в схеме, что упрощает схемотехнику последней.
Электронный ключ К может быть реализован несколькими способами, рассмотренными ниже.
2.3.1. Ключ на основе логической схемы с открытым коллекторным выходом.
Номенклатура интегральных серий (ИС) транзисторно–транзисторной логики (ТТЛ) включает в свой состав, как правило, и логические элементы (ЛЭ) с открытым коллекторным выходом (рис. 9), что позволяет управлять сильноточными цепями посредством цифровых (логических) сигналов /8/. Замкнутому положению ключа К соответствует (рис. 9) открытое и насыщенное состояние транзистора VТЗ (аналог логического нуля на выходе ЛЭ). Тогда (см. рис. 8)Iу = (Uп – Uвых (0))/Rогр , (7)
где Uвых(0) – напряжение логического нуля на выходе ЛЭ. Оно обычно приводится в справочных данных этого элемента /5; 9; 10/. При этом обязательно выходной ток такого ЛЭ Iвых(0) должен быт не меньше требуемого тока управления Iу.
Если состав ИС включает несколько видов ЛЭ с открытым коллектором, то выбор требуемого типа элемента осуществляется исходя из следующих условий:
1. Iвых(0) ³ Iу, где Iвых(0) – максимально допустимый выходной ток ЛЭ в состоянии логического нуля , приводимый в справочных данных по данному элементу;
2. Число корпусов ИС в схеме минимально.
Рассмотренный ключ подсоединяется непосредственно к выходу распределителя Р (см. рис. 1, 3), реализованного на основе ТТЛ. Если же базовой является КМОП логика , то переход к данному ключу может быть осуществлён через специальные микросхемы (МС), называемые согласователями уровней (тип МС ПУ /5, 9/) или же посредством оптронной развязки /11/ (рис. 10). Последняя включает на входе оптопару (в виде фотоизлучателя (ФИ) и фотоприёмника (ФП)) и интегральный усилитель (ИУ), выходные сигналы которого согласованы по уровню с сигналами МС ТТЛ, что позволяет управлять входом последней. Достоинством такого подхода является электрическая развязка между цепями питания распределителя и управления герконом, а недостатком – высокое значение входного тока оптопары Iвх /11/. 
2.3.2. Аналоговый интегральный ключ.Номенклатура ряда ИС включает аналоговые ключи /5, 10/, используемые для коммутации (рис. 11) токов и напряжений и реализуемые, как правило, на базе МОП – транзисторов. Основными параметрами таких ключей являются:
1. Iком – максимальный коммутируемый ток;
2. Uком – максимальное коммутируемое напряжение;
3. Rотк – сопротивление ключа в открытом (замкнутом) состоянии;
4.
– управляющее напряжение замыкания ключа;5.
– управляющее напряжение размыкания ключа.Выбор ключа производится по следующим соотношениям:
1. Uком ³ Uп;
2.
» Uвых(1);3.
» Uвых(0),где Uвых(0) и Uвых(1) – выходные напряжения логических нуля и единицы МС управления ключом;
4. Iком ³ Iу,
при этом Iу рассчитывается по (6) , где RК = Rотк. Управление аналоговым ключом с одновременной электрической развязкой может быть реализовано, как ранее рассмотрено, на основе оптрона.
2.4. Разработка схемы распределителя.
Схемы обоих проектируемых устройств включают (см. рис. 1, 3) циклический распределитель, реализующий выдачу управляющих сигналов, основной задачей которых является замыкание ключей в цепи обратной связи ОУ или в поле коммутации входных сигналов. Выдача реализуется путем последовательной подачи в каждый такт времени (на каждый входной импульс С) логической единицы на одном из выходов распределителя (рис. 12), при этом на остальных выходах фиксируется логический ноль. Возможна реализация распределеителя, при которой по выходам циклически "путешествует" ноль, а в остальное время сохраняется логическая единица.