Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет Кафедра Автоматика

«Цифровой измеритель h21 биполярных транзисторов»

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на курсовой проект «Цифровой измеритель h21 биполярных транзисторов»

Разрабатываемое устройство должно обеспечивать измерение статического коэффициента усиления по току в схеме, с ОЭ биполярных транзисторов типа npn и рnр и индикацию измеренного значения на цифровых индикаторах.

Диапазон измеряемых значений 5-250.

Погрешность измерения — не более 2%.

Advertisement
Узнайте стоимость Online
  • Тип работы
  • Часть диплома
  • Дипломная работа
  • Курсовая работа
  • Контрольная работа
  • Решение задач
  • Реферат
  • Научно - исследовательская работа
  • Отчет по практике
  • Ответы на билеты
  • Тест/экзамен online
  • Монография
  • Эссе
  • Доклад
  • Компьютерный набор текста
  • Компьютерный чертеж
  • Рецензия
  • Перевод
  • Репетитор
  • Бизнес-план
  • Конспекты
  • Проверка качества
  • Единоразовая консультация
  • Аспирантский реферат
  • Магистерская работа
  • Научная статья
  • Научный труд
  • Техническая редакция текста
  • Чертеж от руки
  • Диаграммы, таблицы
  • Презентация к защите
  • Тезисный план
  • Речь к диплому
  • Доработка заказа клиента
  • Отзыв на диплом
  • Публикация статьи в ВАК
  • Публикация статьи в Scopus
  • Дипломная работа MBA
  • Повышение оригинальности
  • Копирайтинг
  • Другое
Прикрепить файл
Рассчитать стоимость

Напряжение питания — батарея 9В.

В процессе курсового проектирования необходимо:

— разработать электрическую схему и выбрать электроэлементы;

— разработать программное обеспечение.

Документы, предъявляемые к защите курсового проекта:

— пояснительная записка:

— схема электрическая принципиальная устройства:

— перечень элементов;

— блок схема алгоритма работы программы и текст программы (входят в пояснительную записку).

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №3478, цена оригинала 1000 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

ОплатаКонтакты.

АННОТАЦИЯ

Цифровой измеритель h21 биполярных транзисторов.

В курсовом проекте разработаны структурная и электрическая принципиальная схемы системы измерения статического коэффициента передачи по току транзистора. Разработан алгоритм функционирования устройства в виде блок-схемы. Управляющая программа для микроконтроллера PIC16С710 реализована на языке программирования C.

Содержание

Введение ………………………………………………………………………. 5

Разработка схемы электрической структурной………………………. 6

Разработка схемы электрической принципиальной………………….. 8

Расчет схемы электрической принципиальной……………………….. 11

Выбор элементной базы………………………………………………… 17

Блок-схема и описание работы программы микроконтроллера……… 21

Заключение…………………………………………………………………….. 23

Список используемой литературы……………………………………………. 24

Приложение А………………………………………………………………….. 25

Приложение Б………………………………………………………………….. 26

Введение

В настоящее время электронные устройства на основе транзисторов различных типов получили широкое распространение. Но один из основных параметров транзисторов – коэффициент передачи по току технологически не может быть выполнен точно. Допуск на коэффициент передачи тока для разных типов транзисторов различен и обычно минимально допустимый коэффициент отличается от максимально возможного в несколько раз. Это существенно затрудняет расчет схем на транзисторах, а в некоторых случаях просто необходимо знать точное значение данного параметра, например при подборе пары одинаковых транзисторов. Поэтому возникает необходимость

измерять данный параметр транзисторов.

Разработка схемы электрической структурной

Одним из способов измерения неизвестной величины является ее количественное определение при помощи эталонных мер. Очевидно, что точность таких измерений будет главным образом зависеть от точности эталонов. В настоящее время измерение времени и частоты являются наиболее точными, так как эталоны этих физических величин могут быть определены с наивысшей точностью. К тому же, время и частота наиболее пригодны для определения цифровыми методами.

Исходя из технического задания, была разработана структурная схема устройства. Схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1

Входное устройство – предназначено для преобразования измеряемой величины. Так как измеряемый параметр является токовым, а АЦП микроконтроллера работает с напряжением, то входное устройство должно обеспечить преобразование тока в напряжение. Еще одной функцией входного устройства является возможность подключения транзисторов разных полярностей. Токоизмерительный резистор входного устройства рассчитан таким образом, чтобы максимально возможное значение измеряемой величины создало максимально разрешенное напряжение на входе АЦП.

Стабилизатор напряжения питания – предназначен для преобразования напряжения 9 вольт с батареи в требуемые, для питания микроконтроллера и светодиодных индикаторов, 5 вольт.

Батарея – химический источник постоянного напряжения 9 вольт.

Микроконтроллер — основной элемент схемы. Предназначен для измерения промежуточного напряжения, поступающего на вход АЦП. После чего на основе измерения микроконтроллер вычисляет значение измеряемой величины. Также микроконтроллер управляет индикацией результата на светодиодных индикаторах.

Блок индикации – предназначен для отображения значения измеряемой величины.

Разработка схемы электрической принципиальной

Разработаем схемы электрические принципиальные блоков проектируемого устройства.

Схема электрическая принципиальная входного устройства

Схема электрическая принципиальная входного устройства представлена на рисунке 2.

Рисунок 2

В данной схеме транзисторы разных полярностей подключаются к различным точкам, как показано на рисунке 2. Напряжение +9 вольт с батареи подается на эмиттер (для p-n-p) либо на коллектор (для n-p-n) транзистора. В цепь базы включены резисторы R1 и R3, задающие напряжение смещения. Резистор R2 является токоизмерительным резистором. Снятое с него напряжение пропорционально току в цепи эмиттера (коллектора) исследуемого транзистора. Данное напряжение подается на АЦП микроконтроллера. Резистор R2 рассчитан так, что напряжение на нем не может превысить 5 вольт во всем диапазоне измерения коэффициента передачи тока.

Схема электрическая принципиальная стабилизатора напряжения

Схема электрическая принципиальная стабилизатора напряжения представлена на рисунке 3.

Стабилизатор напряжения построен на основе интегральной микросхемы. Тип конденсаторов С1, С2 и их номиналы определяются производителем микросхемы и взяты из справочной литературы.

2.3 Схема электрическая принципиальная блока индикации.

Схема электрическая принципиальная блока индикации представлена на рисунке 4.

Рисунок 4

Блок индикации состоит из микросхемы индикации, трех транзисторов, работающих в ключевом режиме, и резисторов, которые определяют режим работы транзисторов и защищают микросхему от перегрузок. Светодиодные индикаторы включены по схеме с общим анодом. Базы транзисторов через резистор подключаются к портам ввода/вывода микроконтроллера. Так как в схеме использованы транзисторы типа p-n-p, то для включения транзисторов с микроконтроллера необходимо подать сигнал логического нуля. Сегменты индикаторов также включаются нулями.

Схема электрическая принципиальная всего устройства представлена в Приложении 1.

Расчет схемы электрической принципиальной

В данном разделе будет произведен расчет электрических параметров элементов схемы, которые затем будут использованы для выбора элементной базы.

Расчет входного устройства

Расчет входного устройства произведем для случая включения в схему транзистора типа n-p-n. Схема для расчета приведена на рисунке 5.

Рисунок 5

Коэффициент передачи тока h21 равен:

h_21=I_k/I_б [1]

где: Ik – ток коллектора;

Iб – ток базы;

I_э=U_э/R_э [2]

где: Iэ – ток эмиттера;

Rэ – сопротивление цепи эмиттера;

Uэ – падение напряжения на Rэ;

I_б=U_б/R_б [3]

где: Iб – ток базы;

Rб – сопротивление цепи базы;

Uб – падение напряжения на Rб;

U_б=U_п-(U_Э+0,7) [4]

где: Uб – падение напряжения на Rб;

Uп – напряжение питания входного устройства;

Uэ – падение напряжения на Rэ;

I_к=I_э-I_б [5]

где: Iб – ток в цепи базы;

Iк – ток в цепи коллектора;

Iэ – ток в цепи эмиттера;

Отсюда искомый параметр h21 может быть выражен как:

h_21=(I_э-I_б)/I_б [6]

где: Iб – ток в цепи базы;

Iэ – ток в цепи эмиттера;

Если в формулу 6 подставить формулы 2 и 3 то получим искомую формулу расчета параметра h21, которую в дальнейшем реализуем на микроконтроллере.

h_21=(U_э×R_б)/(R_э×(U_п-(U_э+0.7)))-1 [7]

Рассчитаем номинал токоизмерительного резистора Rэ. По условиям технического задания верхний предел измерения прибора — 250 единиц. Для упрощения расчета немного увеличим диапазон измеряемых величин прибора. Возьмем максимальное значение измеряемой величины равным 256. Максимальное напряжение, которое можно подать на АЦП составляет 5 вольт. Номинал резистора должен быть рассчитан из условия, что значение параметра h21, равное верхнему пределу измерения, должно вызвать на токоизмерительном резисторе падение напряжения 5 вольт.

Для расчета сопротивления Rэ рассчитаем значение сопротивления цепи базы Rб. Данный резистор рассчитывается исходя из максимально допустимого тока базы. Максимальный ток базы определяется как:

I_(б.max)=I_(k.max)/h21 [8]

где: Iб.max – максимально допустимый ток базы;

Iк.max – максимально допустимый ток коллектора;

h21 – коэффициент передачи по току;

При h21, равном 90, максимальный то коллектора транзистора примерно равен 6 мА. Отсюда максимальный ток базы равен:

I_(б.max)=0,006/90=6,67×〖10〗^(-5) A

При h21, равном 90, на резисторе Rэ должно падать напряжение 1,76 В. Тогда напряжение на резисторе Rб можно рассчитать:

U_б=U_п-(U_Э+0,7) [9]

где: Uб – падение напряжения на Rб;

Uп – напряжение питания входного устройства;

Uэ – падение напряжения на Rэ;

U_б=9-(1,76+0,7)=6,54 В

Тогда значение резистора Rб можно рассчитать как:

R_б=U_б/I_б [10]

R_б=6,54/0,0000667=98050 Ом

Данное сопротивление цепи базы рассчитано для максимально допустимого тока базы. Чтобы не вывести транзистор из строя необходимо уменьшить ток базы. Для этого увеличим сопротивление базы на 30%. Это уменьшит ток базы и не даст вывести из строя транзистор.

Тогда сопротивление Rб =127465 Ом. Из рядов разрешенных значений выберем значение Rб = 126 кОм из ряда Е48.

Тогда сопротивление резистора в цепи эмиттера может быть рассчитано по формуле:

R_э=(U_э×R_б)/(〖(h〗_21+1)×(U_п-(U_э+0.7))) [11]

R_э=(1,76×126000)/((90+1)×(9-(1,76+0.7)))=373 Ом

Из рядов разрешенных значений выберем Rэ =374 Ом из ряда Е96.

Расчет блока индикации

Рассчитаем номиналы резисторов R4-R11, ограничивающие напряжение на сегментах индикатора. Максимальное напряжение на сегменте не должно превышать 2,5 вольта. Напряжение, прикладываемое к аноду индикатора, составляет +5 вольт. Прямой ток через сегмент составляет 20 мА. Тогда номинал этих резисторов может быть рассчитан по формуле:

R=(U_пит-U_сег)/I_пр [12]

где: Uпит – напряжение питания, подаваемое на индикатор;

Uсег – максимально допустимое напряжение сегмента;

Iпр – прямой ток через сегмент;

R=(5-2,5)/0,02=125 Ом

Выберем из ряда Е48 номинал 127 Ом.

Рассчитаем сопротивление резисторов, включенных в цепи базы транзисторов VT1-VT3.

Данные транзисторы работают в ключевом режиме. Через каждый транзистор в открытом состоянии протекает ток 20 мА. Коэффициент передачи тока транзисторов β = 30. Тогда ток базы, который обеспечит протекание через транзистор требуемого тока можно рассчитать:

I_б≥I_k/β [13]

где: Iб – ток базы;

Iк – ток коллектора;

β – коэффициент передачи тока транзистора;

I_б≥0,0025/30=83 мкА

Тогда сопротивление резисторов можно рассчитать по формуле:

R=(U_пит-U_(тр.нас))/I_б [14]

R=(5-0,7)/0,00083=5180 Ом

Из рядов разрешенных значений выберем R =5230 Ом из ряда Е48.

Выбор элементной базы

Выбор микроконтроллера

Рассчитаем разрядность АЦП микроконтроллера, которая требуется для обеспечения заданной точности измерения. В техническом задании максимальное значение измеряемой величины 250. Точность измерения 2%. Выберем микроконтроллер с восьмиразрядным АЦП, так как он имеет 256 значений, что достаточно для покрытия всего диапазона измерений. Шаг такого АЦП равен 0,02 вольта. Так как требуемая точность 2%, или 0,09 вольта, то такой АЦП полностью удовлетворяет нашим требованиям.

Для реализации схемы потребуется микроконтроллер, имеющий 12 линий ввода/вывода информации. Исходя из этих условий, был выбран микроконтроллер PIC16C710 фирмы Microchip.

Технические характеристики микроконтроллера

Тактовая частота 20 МГц

Память программ 512 команд

Память данных 36 байт

Портов ввода/вывода 13

Напряжение питания 2,5-6 вольт

Разрядность АЦП 8 бит

Выбор микросхемы стабилизатора напряжения

Микросхема стабилизатора напряжения должна иметь напряжение стабилизации 5 вольт и диапазон входных напряжений 8 – 11 вольт. Данным требованиям удовлетворяет микросхема стабилизатора напряжения К142ЕН5А.

Технические характеристики микросхемы стабилизатора напряжения

Номинальное выходное напряжение 5±0,1 В

Максимальное входное напряжение 15 В

Минимальное входное напряжение 7,5 В

Максимальный выходной ток 1,5 А

Выбор светодиодных индикаторов

Для индикации результата измерения будем использовать светодиодные семисегментные индикаторы. Достоинствами таких индикаторов является то, что они имеют большую яркость свечения и не требуют дополнительного источника света для того, чтобы считывать с них информацию. Также данный вид индикаторов достаточно прост в управлении и не требует специализированных микросхем для управления индикацией.

Результатом измерения в разрабатываемом устройстве является трехзначное число. Требуемая точность измерения составляет 2% или, в пересчете на единицы измеряемой величины, 5 единиц. Значит, для индикации результата нам потребуется три значащих цифры.

Выберем для индикации трехзначный светодиодный индикатор с управлением по аноду Kingbright BA56-11. Внешний вид микросхемы и таблица назначения выводов представлена на рисунке 6.

Рисунок 6

Технические характеристики микросхемы индикатора

Максимальное прямое напряжение 2,5 В

Максимальный прямой ток 25 мА

Максимальное обратное напряжение 5 В

Рассеиваемая мощность 150 мВт

Выбор транзисторов

К транзисторам, которые будут использоваться в данном устройстве предъявляются следующие требования:

— максимальный ток коллектора > 20 мА

— максимальное напряжение коллектор-эмиттер > 5 В

Для использования в данном устройстве был выбран транзистор КТ313А. Внешний вид транзистора приведен на рисунке 7.

Рисунок 7

Технические характеристики транзистора

Максимальный ток коллектора 35 мА

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер 6 В

Коэффициент передачи тока 30…120

Блок-схема и описание работы программы микроконтроллера

Блок-схема программы микроконтроллера представлена на рисунке 8.

Рисунок 8

Порты А и В микроконтроллера настраиваются на вывод. Вывод RA0 порта А подключается ко входу АЦП. Делитель частоты таймера устанавливается на 1:128. В счетчик заносится значение 100. При этом переполнение счетчика будут происходить каждые 5 мс. Затем программа ожидает прерывания от таймера, выполняя бесконечный цикл.

По приходу прерывания от таймера происходит проверка значения переменной счетчика. Если значение не превысило 20 выполняется индикация ранее измеренного значения измеряемой величины и инкремент счетчика. Если значение переменной счетчика станет равным 20, то будет выполнена подпрограмма АЦП преобразования. Измеренное значение величины разделяется на разряды и заносится в переменные для индикации. Затем происходит сброс счетчика.

Заключение

В результате работы над курсовым проектом разработаны структурная и электрическая принципиальная схемы системы измерения статического коэффициента передачи по току транзистора. Управляющая программа реализована на языке программирования С, скомпилирована и отлажена в среде программирования MPLAB.

Список используемой литературы

«Цифровые измерения. Методы и схемотехника», Т. С. Ратхор, Издательство «Техносфера» 2004 год.

«PIC – микроконтроллеры. Практика применения», Тавернье К, Издательство «ДМК Пресс» 2003 год.

«Отечественные полупроводниковые приборы Справочное пособие», А. И АКсенов, Издательство «Солон Пресс» 2005 год.

Приложение А.

Текст программы микроконтроллера

#include <pic.h>

const char digits[10]={0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0xB2, 0xF8, 0x80, 0x90};

const char anod[3]={4, 2, 1};

char Ind[3];

char nom_ind=0;

}

void _ADC()

{

ADGO=1;

while(ADGO)

result=ADRES;

return;

}