4.2 Разработка и расчет преобразователя ток-напряжение.

При облучении фотодиода потоком света мощностью 3,7 мВт фотодиод выдает ток 2,32 мА на нагрузку 2 кОм.

Напряжение, выделяемое на нагрузочном резисторе

U=2*2,32=4,64 В.

Выходное сопротивление фотодиода 2кОм.

Нагрузка должна быть более 2 кОм. Поэтому между фотодиодом и компаратором должен стоять эмиттерный повторитель или усилитель с единичным коэффициентом и большим входным сопротивлением.

Этому условию соответствует операционный усилитель 140УД10.

Применим классическую схему усилителя с сопротивлением в цепи обратной связи.

Примем сопротивление обратной связи

, тогда U_max=2*2,32=4,64 В.

U_min=2*5*10^-9=10^-8 В.

Рис. 9. Преобразователь ток-напряжение

U_, В

Рис. 10. График изменения напряжения на преобразователе ток-напрядение.

4.3 Разработка и расчёт компаратора

На входе компаратора присутствуют импульсы треугольной формы, поэтому примем уровень его срабатывания по уровню половинного напряжения, тогда на выходе его будут импульсы прямоугольной формы, что необходимо для работы логических микросхем.

Uсраб= , где 0,1 В-помеха.

Uотн= =2,32; Uпомехи=50 мВ, Rн=4 кОм, Rндоп=2 кОм;

Еп=±5 В.

Определим сопротивление R2.

Для сопротивлений должно выполняться следующее неравенство:

R2/Rн≥Rндоп+Rн*Rндоп, откуда получим

R2≥ Пусть R2=6 кОм.

Запишем уравнения для напряжений:

е_д=Uвх⁺- Uвх^-=0; Uсраб= Uвх⁺⁺; Uотп= Uвх^+-;

Uвх⁺⁺= ;

Uвх^-+= ;

Тогда, Uсраб-Uотп= Uвх⁺⁺- Uвх^+-= => Uсраб-Uотп= =0,1, или

Получим 20R1=0,1R1+0,6=> 19,9R1=0,6=>R1=0,03 кОм.

Определим Есм.

Uсраб= Uвх⁺⁺= + => =2,42 => => Eсм=2,3821

Определим R3 из равенства проводимостей по инвертирующему и неинвертирующему входам:

1/R3=1/R1+1/(R2+Rн), или 1/R3=1/0,03+1/(6+4). R3=0.0299 кОм

Рис. 11. Компаратор

Х, град

Uк,В

0,375

0,625

1,125

1.625

Рис. 12. График изменения напряжения на компараторе

4.4 Пзу и индикация результата

В качестве ПЗУ выбрана микросхема КР556РТ18 и светодиодный сегментный индикатор АЛС321Б1. Использование этой ПЗУ и индикатора позволяет подключить индикаторы напрямую к ПЗУ через сопротивления.

Микросхема КР556РТ18 (аналог — HM76161) является однократно программируемым ППЗУ и имеет организацию 2Кх8. Тип выходов микросхемы — 3С. Имеются три управляющих входа: один инверсный –CS1, два других — прямые CS2 и CS3, объединенных по функции И. Выходы данных переходят в активное состояние при нулевом уровне на –CS1 и при единичных уровнях на CS2 и CS3. Исходное состояние микросхемы (до программирования) — все биты всех ячеек в единице.

Рис. 14. Обозначение сегментов индикатора.

4.4.1 Подключение индикатора к пзу.

Подключение индикатора к ПЗУ производится через сопротивление ограничивающее максимальный ток . Определим его номинал.

1. Характеристики ПЗУ К556РТ18

Выходное напряжение, В	4.75
Выходной ток, мА	0.25

2. Характеристики индикатора АЛС321Б

Максимальное прямое напряжение, В	3.6
Минимальный входной ток, мА	20
Максимальный входной ток, мА	25

Напряжение, падающее на индикаторе, равно 3.6=Uинд.

Выходное напряжение ПЗУ равно 4.75=Uпзу. Возьмём ток в цепи I=20мА.

Напряжение, падающее на сопротивление, будет равно Uпзу-Uинд=1.15В

Следовательно, сопротивление R=1.15/0.02=57.5 Ом. Ближайший номинал резистора по шкале сопротивлений равен 61 Ом.

На индикаторе Seg 4 (см. Рис. 15) сегмент «точка» подключен к постоянному напряжению в 5В. Если использовать сопротивление в 61Ом, то ток в цепи будет равен I=(5-3.6)/61=22мА, что не превышает максимального разрешённого тока для индикатора.

Для подключения сегментов b и c индикатора Seg2 к ПЗУ IC2 через выход D7, индицирующих единицу, используется сопротивление, по номиналу равное 61/2=31.5Ом. Ближайший номинал резистора по шкале сопротивлений равен 31 Ом.

Для индикатора Seg1 используется сопротивление в 61Ом.

На рис. 15 представлена принципиальная схема подключения индикаторов к ПЗУ.