2.1 Описание работы схемы.
С генератора, образованный дифференциальным усилителем LM311 и образцовой емкостью Ccal 1000pF, сигнал поступает на измеряемый элемент. При этом меняться частота работы генератора. Далее сигнал поступает на микроконтроллер. Микроконтроллер сравнивает частоту генератора с образцовой частотой. Вычисленное значение емкости или индуктивности выводиться на 16 сегментную ЖК-панель. SW1 – установка нуля. SW2 – переключение измеряемой величины. J1 – подсветка ЖК-панели. Прибор питается постоянным током напряжение 12V через стабилизатор LM7805. Для функционирования микроконтроллера необходим кварцевый генератор на 4MHz. Генератор собран по схеме рекомендованной производителем, на операционном усилителе LM311 в перерасчете на 4 МГЦ
Рис 1 Схема генератора
на LM311, рекомендованная производителем
2.3. Выбора элементной базы
При разработке конструкции изделия необходимо:
- выбрать радиоэлементы, обеспечивающие надежную и устойчивую работу схемы;
- стремиться к сокращению номенклатуры деталей и элементов, то есть сделать конструкцию максимально легкой и компактной;
- иметь оптимальное соотношение цена/качество выбранных радиоэлементов;
Исходя из этих требований, в конструкции печатного узла измерителя применены ниже перечисленные радиоэлементы.
Конденсаторы К10-17б
Конденсаторы керамические, уплотненные для все климатического ис-полнения, постоянной емкости, низковольтные, предназначены для эксплуатации в качестве встроенных элементов в цепях постоянного и переменного токов и в импульсном режиме.
Эксплуатационные характеристики:
– вибрационный диапазон частот от 1 до 5000 Гц;
– диапазон рабочих температур от минус 40 до плюс 85 °С;
– относительная влажность не более 98 %;
– допускаемые отклонения емкости ±10 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 15000 ч;
– интенсивность отказов не более 1∙10-6 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 15 лет.
Конденсатор К10-17б выбран потому, что имеет малые габариты, малую интенсивность отказов, низкую стоимость.
Конденсаторы К50-68
Конденсаторы оксидно-электролитические алюминиевые, предназначены для работы в цепях постоянного, пульсирующего тока и в импульсном режиме.
Эксплуатационные характеристики:
– диапазон рабочих температур от минус 40 до плюс 85 °С;
– относительная влажность не более 98 %;
– допускаемые отклонения емкости от минус 10 до плюс 50 %.
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 15000 ч;
– интенсивность отказов не более 2∙10-6 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 15 лет.
Конденсатор К10-17б выбран потому, что имеет малые габариты, малую интенсивность отказов, низкую стоимость.
Микросхема LM7805
Стабилизатор напряжения.
Эксплуатационные характеристики:
– напряжение стабилизации 5-12 В;
– максимальный ток стабилизации нагрузки 1 А;
– рассеиваемая максимальная мощность 0,5 Вт;
– диапазон рабочих температур от минус 40 до плюс 120 °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 неста-бильности по напряжению.
Микросхема LM311 IC
Дифференциальный усилитель.
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 PIC16F84A IC
Микроконтроллер.
Эксплуатационные характеристики:
– напряжение питания от 2,7 до 5,5 В;
– рабочая частота 4 МГц;
– разрядность 8 бит;
– 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 FM1601A
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.
Резисторы С2-33Н
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 СП3-4аМ
Резисторы переменные не проволочные подстроечные, применяются для работы в цепях постоянного и переменного токов в непрерывных и импульсных режимах. Предназначены 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.
Кварцевый генератор КХ-49
Эксплуатационные характеристики:
– мощность (при температуре 40°С) 0,02 Вт;
– допустимое отклонение сопротивления от номинального 150 Ом
– диапазон температур от минус 20 до плюс 70 °С;
– относительная влажность воздуха при плюс 35 °С 98 %;
Показатели надежности:
– наработка на отказ не менее 20000 ч;
– интенсивность отказов не более 1∙10-7 1/ч;
– срок сохраняемости не менее 10 лет.
Выбор прочих элементов.
Остальные элементы схемы выбираются, исходя из их эксплуатацион-ных и функциональных характеристик: переключатель B170G, кнопка ПКн150–1, гнезда BP–121. Дроссель, реле, ЖК-экран.