МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

"РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ"

Омск 2005

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

«РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ»

по дисциплине «Электротехника и электроника»

Омск 2005

Для студентов специальности 230102 и направления 230100

Составители: А.В. Никонов, Г.В. Никонова

Кафедра "Автоматизированные системы обработки информации и управления"

Печатается по решению редакционно-издательского совета ОмГТУ

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В процессе обучения студенты специальности 230102 – «Автоматизированные системы обработки информации и управления» (АСОИУ) и направления 230100 «Информатика и вычислительная техника» должны выполнять курсовые проекты (работы) по ряду дисциплин, наименования которых указываются в учебном плане и могут изменяться после его корректировки. При выполнении курсового проекта (КП) разрабатывается какое-либо устройство или аппаратно-программный комплекс в соответствие с изучаемой дисциплиной, причем обязательно формируется пояснительная записка (ПЗ) и оформляется графический материал.

Курсовая работа (КР) включает результаты теоретических исследований, информационного, программного и аппаратного обеспечения, математического моделирования или физического эксперимента. В отличие от КП, КР может не иметь некоторых типовых составляющих проекта и графического материала.

Курсовые проекты (работы) – это самостоятельная работа студента. Ответственность за правильность принятых технических решений, вычислений и оформление результатов несет студент – автор проекта (работы).

При курсовом проектировании студент должен показать умение пользоваться теоретическим и практическим материалом не только той дисциплины, по которой выполняет проект, но и всех ранее изученных дисциплин. Для достижения этой цели на кафедре АСОИУ практикуется сквозное курсовое проектирование и целевая (контрактная) подготовка специалистов. Суть сквозного проектирования состоит в том, что каждый последующий курсовой проект базируется на предыдущем. Сквозное курсовое проектирование с выходом на дипломный проект особенно успешно осуществляется в тех случаях, когда студенты занимаются научно-исследовательской работой на кафедре по тематикам исследовательских работ различного ранга. В случае обучения студента по контракту принцип сквозного проектирования воплощается на предприятии, подписавшем контракт, в соответствие с условием договора между университетом (кафедрой) и предприятием.

Задание на проектирование может базироваться на результатах производственной практики. Цель курсового проектирования – закрепить, углубить и обобщить знания, полученные студентами за время обучения, и применить эти знания к комплексному решению конкретной инженерной задачи. Системой курсовых проектов студент подготавливается к выполнению более сложной инженерной задачи – дипломного проектирования. Наряду с этим курсовое проектирование должно научить студента пользоваться справочной литературой, привить навыки производства расчетов и составления технико-экономических записок.

Задание на проектирование, выдаваемое студенту, является исходным документом для разработки. Студент может предложить свою тему курсового проекта (работы) с необходимым обоснованием целесообразности ее разработки при условии, что она отражает цели и задачи данной дисциплины. В задании на проектирование формулируется название темы проекта (работы) и характеристики, определяющие его объем и содержание. Одновременно устанавливаются исходные данные для расчетно-графической части, количество и характер листов графического материала. Задание оформляются на отдельном листе (пример задания – приложение А), подписываются преподавателем, студентом и утверждаются заведующим кафедрой. Исходные данные к проекту оформляются в виде технического задания (см. приложение Б).

Студент обязан в двухнедельный срок после начала семестра получить задание на проектирование. Темы курсовых проектов (работ) выдвигаются и утверждаются кафедрами, ведущими те дисциплины, по которым учебными планами предусмотрены курсовые проекты.

1.1 Основные сведения о курсовом проектировании

В зависимости от планируемого объема курсового проектирования учебными планами предусмотрены курсовые проекты и работы. Они оформляются по общему принципу, но отличаются набором требований. Примерное содержание и разделы курсового проекта (работы) следующие:

– пояснительная записка (твёрдая и электронная копии);

– графический материал (твёрдая и электронная копии);

– презентация проекта (электронная копия).

Разделы пояснительной записки: титульный лист, задание на проектирование, техническое задание; 1) реферат; 2) обозначения и сокращения (при необходимости); 3) содержание; 4) введение; 5) разделы основной части; 6) заключение; 7) список использованных источников; 8) приложения (при необходимости).

Рекомендуется следующее примерное содержание разделов основной части курсового проекта (процентное содержание от объёма основной части):

– анализ состояния по области проектирования – 5 %;

– выбор и обоснование направления проектирования (использование результатов аналитического обзора) – 20 %;

– расчетная часть – (50-60) %;

– технологическая часть – (20-25) %.

Курсовая работапредставляет собой этап научно-исследовательской работы. По содержанию она отражает теоретическое, экспериментальное исследование или опытно-конструкторскую разработку. Необходимо приложить результаты исследований. Результатами работы могут быть:

– внедрение итогов исследования в производство или в учебный процесс;

– научная статья, опубликованная или посланная в издательство для опубликования;

– отчет о научно-исследовательской работе, представленный на конкурс студенческих работ;

– макеты устройств, пакеты прикладных программ.

Примерное содержание разделов основной части курсовой работы (процентное содержание от объёма основной части) следующее:

– анализ состояния по области исследования – (10-20) %;

– теоретический анализ исследуемой задачи – 20-50 %;

– составление и отладка программ на ЭВМ, получение результатов расчета, составление методики эксперимента, расчет и настройка экспериментальной установки, снятие характеристик – (15-25) %;

– анализ полученных результатов – (10-15) %.

Кроме этого, пояснительная записка может иметь и другие разделы, в зависимости от темы задания.

Курсовой проект с практическим исполнением должен состоять из пояснительной записки, графической части при необходимости, функционирующего программного обеспечения или действующего макета разработанного устройства. К проекту могут быть приложены дополнительные материалы.

Курсовой проект (работа) должен иметь:

а) пояснительную записку объемом до 25-30 страниц машинописного текста без учета приложений;

б) не менее 2 листов необходимого формата (от А4 до А1) графических разработок, связанных с выполнением работы (проекта).

Правила оформления текстовых документов должны соответствовать требованиям ГОСТ 7.32-2001 и изложены в [1] в подразделе 5.1. Пояснительная записка должна быть написана деловым языком (обезличено), мысли изложены точно и кратко. Наличие орфографических и синтаксических ошибок не допускается. В записку не следует выписывать из учебников и книг общеизвестные положения, определения, переписывать стандарты, заводские нормали и т. д. Однотипные и многократно повторяющиеся расчеты в записке приводятся только один раз, а результаты расчетов сводятся в таблицу. Для всех вычисленных величин должны быть приведены размерности.

Курирование курсового проектирования поручается квалифицированным преподавателям соответствующей кафедры, обладающим методическим опытом, производственной и научной квалификацией. Кафедры проводят как групповые, так и индивидуальные консультации, на которых даются конкретные указания по устранению встретившихся затруднений и анализируются типовые ошибки. Куратор проектированияво время консультации должен помогать развитию максимальной самостоятельности студентов,не должен даватьемуготовых решений или советов, а путем постановки наводящих вопросов и указания дополнительной литературы помочь студенту понять допущенные им ошибки и найти правильный путь к решению вопроса. Необходимо развивать творческие навыки у студента при выполнении им курсового проекта.

Все решения в ходе проектирования, как и по любой самостоятельной работе, принимаются лично студентом, и он несёт ответственность за их правильность.После проверки выполнения студентом одного этапа работы преподаватель разрешает студенту перейти к следующему.Курсовой проект перед сдачей должен быть сшит по длинной стороне и подписан студентом. Если проект удовлетворяет требованиям, предъявляемым к нему, он допускается к защите, о чем преподаватель делает надпись на титульном листе ПЗ.

Внесение исправлений в ПЗ курсовых проектов и работ в соответствие с замечаниями преподавателя должно осуществляться следующим образом:

а) ошибочная часть очерчивается и аккуратно перечеркивается крест-накрест;

б) на отдельном листе делается новая редакция вычеркнутой части;

в) лист с исправленной частью вклеивается или вшивается в записку впереди листа, где руководителем сделано замечание.

Запрещается вычеркивать, стирать и заклеивать пометки, внесенные преподавателем.

1.2 Защита курсовых проектов

В случае, если КП (КР) выполнен вне кафедры АСОИУ, на защиту представляется письменный отзыв руководителя с рекомендуемой оценкой. Отзыв должен быть заверен любой печатью организации.

Защита КП (КР) осуществляется перед комиссией из 2-3-х сотрудников кафедры, она начинается с доклада длительностью не более 5-6 минут. В докладе студент должен четко и ясно изложить:

– постановку задачи в общем виде и её связь с важными практическими приложениями (до 3 % объёма доклада);

– краткий обзор возможных путей решения поставленной задачи (до 4-6 % объёма доклада);

– обоснование выбранного пути проектирования (до 3-5 % объёма доклада);

– особенности разработанного средства и использованных методов расчета, методику экспериментальных исследований, методику проверки (по указанию руководителя), полученные результаты (до 60-70 % объёма);

– заключение, в котором даются выводы по проекту (работе) и в краткой форме намечаются перспективы исследований.

После доклада студент должен ответить на вопросы членов комиссии. Вопросы задаются присутствующими на защите преподавателями. Студент должен при защите проекта дать все объяснения по существу проекта.

По результатам защиты проекта (работы) комиссия выставляет дифференцированную отметку по четырехбальной системе с учетом:

а) объема и качества выполнения проекта, оригинальности и самостоятельности решений;

б) знания студентом объекта проектирования;

в) знание теоретических положений, в том числе физико-математических и общетехнических, связанных с объектом проектирования;

д) умение излагать результаты работы, обосновывать принятые решения и отвечать на поставленные вопросы.

Студент, не представивший в установленный сроккурсового проекта или не защитивший его по неуважительной причине, считается имеющим академическую задолженность.

Выполненные проекты после их защиты должны сдаваться на склад кафедры, где они хранятся 1 год. Преподаватель может дополнительно потребовать у студента электронный вариант всех материалов проекта (работы). С 6-го семестра обучения все материалы проекта могут храниться только в электронном виде на сервере кафедры на протяжении периода его обучения.

1.3 Разделы основной части

Основная часть включает в себя следующие примерные разделы и подразделы:

а) анализ современного состояния научно-технического уровня по тематике проектирования;

б) выбор и обоснование направления проектирования (функциональной или структурной схемы), типовых схем алгоритмов;

в) расчет на структурном уровне (структурной или функциональной схемы, выбор элементной базы, разработку схем алгоритмов и программ);

д) расчеты электрических схем всех или отдельных функциональных узлов (по указанию преподавателя) с выбором комплектующих элементов по типу, номиналу, и т. п., выбор схем унифицированных узлов и (или) описание алгоритмов и программ;

е) моделирование (по указанию преподавателя);

ж) анализ метрологических характеристик разрабатываемого устройства, процедуры тестирования и верификации, описание процесса отладки (по указанию преподавателя);

и) результаты теоретических и экспериментальных исследований (при условии их проведения) и (или) распечатки текстов отлаженных программ;

Если предметом проекта (работы) является разработка информационного обеспечения, имитационных моделей или программного обеспечения, то основная часть включает в себя:

а) анализ современного состояния научно-технического уровня и программного обеспечения по тематике проектирования;

б) постановку задачи;

в) обоснование используемого математического аппарата и языка программирования;

д) описание разрабатываемого алгоритма, обоснование его выбора по сравнению с другими возможными алгоритмами, другим методическим аппаратом;

е) тексты программ с комментариями и описанием всех переменных непосредственно в тексте программ и подпрограмм;

ж) разработанные методы тестирования программ;

и) результаты прогонов тестов для каждой программы и всего программного комплекса с анализом результатов;

к) анализ вычислительной эффективности разработанных программных средств по быстродействию, использованию памяти, времени поиска и трансляции, формирования файлов и т. п.;

л) инструкцию программисту;

м) инструкцию пользователю.

Графический материал должен включать чертежи, выполненные по единой системе конструкторской документации (ЕСКД), единой системе технологической документации (ЕСТД) и единой системе программной документации (ЕСПД), куда могут входить:

а) схемы электрические (структурные, функциональные, принципиальные, соединений и т. д.) (ГОСТ 2.702-75-2000, ГОСТ 2.708-81, ГОСТ 2.710-81);

б) схемы алгоритмов и программ (ГОСТ 19.005-85);

в) по указанию преподавателя, чертеж общего вида или сборочный, рабочие чертежи деталей или сборочные чертежи узлов (ГОСТ 2.109-73, ГОСТ 2.307-68, ГОСТ 2.316-68);

д) технические документы по ЕСТД.

Макеты устройств представляются в работоспособном виде по возможности с применением унифицированных типовых конструкций (ГОСТ 22.261-82, ГОСТ 26.003-80). При изготовлении макета допускается (по согласованию с преподавателем) уменьшать объем ПЗ и графического материала.

Иллюстрационный материал (плакаты) должен отражать:

а) принятый в качестве реализуемого в разработанной программе метод вычисления; генерализированную (с выделением только главного) структурную или функциональную схему устройства;

б) работу устройства посредством временных диаграмм, графиков, зависимостей, рисунков, фотографий и т. п.;

в) результаты теоретических и экспериментальных исследований, элементы программной продукции.

Иллюстрационный материал выполняется в произвольной форме, без рамки и основной подписи (углового штампа) по возможности наглядно и красочно, он может не включаться в графический материал проекта (работы). При его включении в состав графического материала, на месте углового штампа размещаются подписи студента и преподавателя.

2 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА

Прежде, чем начать выполнять проект, на него следует составить техническое задание (ТЗ), которое является документом – основанием на ведение работ по проекту.

2.1 Составление технического задания

На основе проработки задания на курсовой проект (работу), изучения нормативно-технической документации (международные и государственные стандарты, межведомственные нормали, технические условия), требований метрологического и производственного обеспечения, а также условий эксплуатации студент составляет ТЗ, которое должно содержать следующие разделы:

– наименование и область применения;

– назначение проектируемого объекта;

– технические требования;

– экономические показатели (при необходимости);

– требования по охране труда (при необходимости).

Технические требования включают в себя (в зависимости от задач проектирования):

а) показатели назначения изделия (основные технические параметры изделия);

б) состав изделия и требования к конструкции (при необходимости);

в) требования к метрологическому обеспечению и технологичности изделия (при необходимости);

д) требования к надежности (при необходимости);

е) условия эксплуатации.

Содержание пунктов ТЗ должно соответствовать ГОСТ 15.001-88. Как пример, форма ТЗ приведена в приложении Б. При выполнении курсовых проектов (работ) обязательными являются разделы 1, 2, 3 (3.1, 3.2, 3.5) и 4 приложения Б. Область применения разработки отражает широкое направление, где она может быть использована. Назначение разработки конкретизирует её расположение в области применения, исходя из требований задания на проектирование.

В технических требованиях при указании показателей назначения должны быть использованы все технические аспекты задания на проектирование, записанные в приказном порядке как обязательные для исполнения. В условиях применения должны быть ссылки на стандарты и другие нормативные документы. Например: 3.2.1 По рабочим условиям применения цифровой преобразователь должен соответствовать группе 2 (ГОСТ 22.261-82); 3.2.2 Пределы основной допускаемой погрешности цифрового преобразователя должны быть выражены в виде …(ГОСТ 14.014-82). Или см. п. 3.2.1 приложения Б.

Временные интервалы и названия этапов и стадий проектирования назначаются студентом самостоятельно на основе следующих примерных временных оценок на трудозатраты при проектировании:

– составление ТЗ – 5 %;

– обоснование направления проектирования – 20 %:

а) анализ современного состояния научно-технического уровня по тематике проектирования на основе обзора информационных источников;

б) выбор направления проектирования;

в) составление функциональной или структурной схемы;

– расчёт на структурном уровне (функциональной или структурной схемы) – 10 %;

– составление и расчёт электрических принципиальных схем для функциональных узлов – 30 %;

– моделирование и анализ метрологических характеристик – 10 %;

– чертежи – 15 %;

– оформление ПЗ – 10 %.

Студент должен согласовать разработанное ТЗ с преподавателем и совместно подписать согласованное ТЗ, и затем приступить к работе по дальнейшему проектированию.

2.2 Анализ современного состояния научно-технического уровня по тематике проектирования

Описание и анализ современного состояния предмета проектирования выполняются с целью выявления наиболее прогрессивных методов и технических решений, которые смогут быть использованы при выборе направления проектирования.

Изучение информационных источников и аналитическая оценка современного состояния научно-технического уровня по тематике проектирования проводятся на основе самостоятельной проработки отечественной и зарубежной литературы (монографии, периодические и реферативные журналы, изобретения, патенты, электронные ресурсы), как правило за последние 10 лет.

Рекомендуется начинать поиск с просмотра лекционных курсов, монографий, реферативных и периодических журналов. Для ускорения поиска следует пользоваться предметно-методическими указателями. Также следует просматривать экспресс-информацию и книги за текущий год. Для определения границ поиска рекомендуется пользоваться «Универсальной десятичной классификацией (УДК) публикаций» и «Международной классификацией изобретений» (МКИ), для чего следует определить поле поиска по соответствующим классификаторам УДК и МКИ.

По рефератам и ссылкам на необходимо отыскать интересующий материал в источниках и проанализировать его, уделяя особое внимание методам реализации и параметрам описываемых устройств. Описание и анализ современного состояния научно-технического уровня по тематике проектирования рекомендуется сопровождать классификацией известных методов и средств решения поставленной задачи.

В найденном материале необходимо выявить 2-3 устройства-аналога (решающих схожую задачу, но во многом не удовлетворяющих требованиям ТЗ) и прототип (устройство, лучше других подходящее для решения поставленной задачи, но не во всём соответствующее требованиям ТЗ). Кратко проиллюстрировав их работу, надо определить их положительные и отрицательные стороны с позиции выполнения требований ТЗ, наметить к применению в своём варианте решения методов, способов, типовых приёмов, функциональных узлов и т. п.

Например. 1.1 Анализ современного состояния научно-технического уровня по тематике проектирования

Из обзора информационных материалов были выделены аналоги разрабатываемого устройства, которые выполняют схожие задачи. Это схема однотактного преобразователя [1] и схема двухтактного преобразователя [2].

На схеме однотактного преобразователя, рисунок 1.1, цикл начинается с линейного нарастания опорного сигнала от нуля (см. рисунок 1.2). Временной интервал формируется с начала цикла до момента совпадения преобразуемого и опорного сигнала. Основной недостаток этого аналога – отсутствие методической защищённости от помехи на входе и влияние параметров опорного линейного сигнала на погрешность преобразования. Его достоинством является простая функциональная схема.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема однотактного преобразователя

В схеме двухтактного преобразователя, рисунок 1.3, выполняется интегрирование преобразуемого сигнала U_X в первом такте и опорного напряжения –U_O во втором такте. Первый такт длится фиксированное время, а длительность второго – прямо пропорциональна преобразуемой величине. Интегрирование входного сигнала в течение фиксированного времени первого такта позволяет подавлять помехи на входе, если длительность такта равна или кратна периоду сигнала помехи. Недостатком этого устройства является сложность алгоритма его работы, требующая усложнения блока управления и дополнительных узлов в функциональной схеме. В этом аналоге отсутствует возможность преобразовывать отрицательное входное напряжение и нет программного доступа к управляющим узлам преобразователя.

Рисунок 1.2 – Временные диаграммы работы однотактного преобразователя

По сравнению с однотактным, этот метод более сложен как для проектирования, так и для реализации в виде изделия.

Оба указанных устройства схожи и частично выполняют требования технического задания. В качестве ещё одного устройства-аналога можно указать аналого-цифровой преобразователь, использующий способ многотактного преобразования [3]. Но устройство, построенное по такому способу, более сложное, чем двухтактный преобразователь, и предназначено для построения функциональных узлов очень высокой точности, чего не требуется в ТЗ.

В целом, за прототип можно принять однотактный преобразователь, удовлетворяющий основным требованиям технического задания, и затем добавить автогенератор для автоматического режима работы, различитель полярности и регистр для сохранения результатов преобразования.

Рисунок 1.3 – Функциональная схема двухтактного преобразователя

2.3 Выбор и обоснование направления проектирования

Данный этап работы выполняется на основе вышеприведённого материала и сопровождается аргументированными доводами в пользу выбранного варианта. Принятое решение должно вытекать из описания и анализа современного состояния научно-технического уровня по тематике проектирования. Для этого все параметры аналогов сопоставляются с указанными в ТЗ, – их экономические показатели и т. д.

Здесь выбирается или составляется структурная (функциональная) схема проектируемого устройства, схемы алгоритмов, а также приводится, если это возможно, уравнение преобразования.

Составлять структуру начинают с основных блоков (непосредственно необходимых для реализации метода, используемого в устройстве) и затем вводят дополнительные блоки, придающие устройству необходимые свойства. При составлении структуры рисуют временные диаграммы на входах и выходах блоков, создавая описание работы устройства.

Уже здесь предварительно делается оценка работы блока управления, который организует один и каждый следующий цикл работы устройства во времени. Один цикл работы обычно состоит из трёх интервалов (этапов): преобразования, фиксации результата и подготовки к следующему циклу, рисунок 2.1.

Рисунок 2.1 – Состав цикла преобразования

Блок управления начинает цикл преобразования запуском схемы устройства. Этот запуск в блоке управления инициирует генератор импульсов цикла преобразования, который может работать в режимах: автоматическом, внешнего запуска и ручного пуска. При отсутствии требований выбирают автоматический режим.

В зависимости от режима работы, для блока управления задают входные и выходные сигналы (команды), а его схему разрабатывают при составлении электрической принципиальной схемы.

Например. 1.2 Выбор и обоснование направления проектирования

Рассмотрим прототип (рисунок 1.1 в предыдущем примере), функционирование которого отражено временными диаграммами на рисунке 1.2, и проанализируем один такт его работы. Согласно ТЗ, проектируемое устройство должно работать не только в ждущем, но и в автоматическом режиме. Поэтому в прототип необходимо добавить блок управления, который дополнительно обеспечит автоколебательный режим работы при формировании сигнала цикла преобразования. Из полной длительности этого сигнала часть используется для открытия схемы И, через которую импульсы опорного генератора поступают на счётчик. Остальная длительность импульса используется для фиксации результата преобразования в памяти и для подготовки следующего цикла преобразования.

Внешний сигнал "Пуск" используется блоком управления для формирования только одного импульса цикла преобразования.

Кроме того, согласно ТЗ проектируемое устройство должно обеспечить преобразование как положительного, так и отрицательного входного напряжения. С этой целью на входе нужно установить различитель полярности, который сможет выработать сигнал индикации полярности поданного на устройство напряжения. А так как прототип работает только с положительным напряжением, дополнительно введём аналоговый инвертор, чтобы используя сигнал индикации полярности выбирать с помощью электронного коммутатора или выходной сигнал этого инвертора, или сигнал на его входе.

Таким образом, с выхода электронного коммутатора на вход аналогового компаратора прототипа будет всегда подано только положительное напряжение.

Так как в проекте должен быть обеспечен доступ со стороны внешней ЭВМ к результатам преобразования и данным о полярности входного напряжения, то выходной код проектируемого устройства и состояние сигнала индикации полярности должны фиксироваться на каждом цикле преобразования в дополнительно введённом в прототип узле цифровой памяти.

В итоге функциональная схема проектируемого устройства будет выглядеть, как показано на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 - Функциональная схема проектируемого преобразователя

2.4 Расчет структурной или функциональной схемы, выбор элементной базы, разработка схемы алгоритмов и программ

Проектирование устройства или алгоритмов работы должно осуществляться преимущественно на базе системного подхода. При разработке программного обеспечения в данном подразделе приводится постановка задачи на весь комплекс программного обеспечения, выбор языка программирования, производится разбивка на программные модули, подпрограммы. Приводятся постановки задач на все модули и подпрограммы, при этом по возможности должны быть проанализированы все возможные ситуации, приводящие к сбою в работе средства вычисления. Затем разрабатываются требования к текстовым данным и подпрограммам.

При разработке электрических устройств, например, расчёт структурной или функциональной схемы устройства должен содержать определение и назначение параметров на отдельные блоки и узлы. В первую очередь к этим параметрам относятся значения входных и выходных величин блоков и узлов, их коэффициентов преобразования (чувствительности) и распределение суммарной погрешности всего устройства:

а) распределить значения входных и выходных величин устройства, коэффициента преобразования (чувствительности) и погрешность всего устройства на значения входных и выходных величин блоков, коэффициентов преобразования (чувствительности) и погрешности отдельных блоков или узлов;

б) определить наиболее критические параметры с точки зрения обеспечения заданных характеристик блоков или узлов.

Для разделения суммарной погрешности на методическую и инструментальную можно использовать или точный (но более громоздкий) способ на основе коэффициента преобразования (чувствительности) из уравнения преобразования устройства, или приблизительный на основе знания возможностей и параметров современной функциональной и элементной базы электронных устройств.

Порядок действий при работе с уравнением преобразования следующий:

а) выделить из уравнения преобразования устройства его коэффициент преобразования (чувствительность);

б) провести натуральное логарифмирование уравнения для коэффициента преобразования;

б) полученное уравнение продифференцировать в частных производных;

в) заменить частные производные коэффициентами влияния, которые в свою очередь являются погрешностями _i по n-му дестабилизирующему фактору (например, при зависимости от температуры: температурные коэффициенты сопротивления, ёмкости, напряжения стабилизации и т. п.);

д) выбрать геометрический вид суммирования погрешностей по всем дестабилизирующим факторам, так как не известны ни их значения, ни знаки;

е) исходя из требуемой по заданию суммарной погрешности, назначить значения отдельных составляющих суммарной погрешности при условии, что .

Пример. Распределим суммарную погрешность в однотактном времяимпульсном преобразователе аналог-код, имеющем уравнение преобразования N_x = -(f₀t₀ / U₀)u_x:

– коэффициент преобразования имеет вид: К = f₀₀ / U₀ ;

– логарифмируем: lnK = ln[f₀₀ / U₀] = lnf₀ + ln₀ - lnU₀ ;

– дифференцируем: ;

– заменяем погрешностями: ;

– устанавливаем тип суммирования погрешностей: ;

– распределим погрешность, если, например, по заданию суммарная погрешность не более 1 %:

.

Для устройств, преобразующих непрерывную величину X в дискретную, необходимо определить число уровней квантования:

N_{x max} = X_max/_К , (1)

где _К – ступень квантования, которую определяют из аддитивной абсолютной погрешности  (постоянной при любом значении X) [2]. То есть:

_К = /k , (2)

где k  1 . Если выбрано k = 1, то методическая погрешность преобразования аналоговой величины в дискретную равна цене единицы младшего разряда (ЕМР). При k > 1 эта погрешность равна kЕМР.

Замечание. Иногда в задании погрешность устройства дана как предельная основная приведённая погрешность в виде отношения коэффициентов c/d. Здесь погрешность выражена двухчленной формулой _ = _АДД + _МУЛЬТ(X_m/X) , которая имеет конечный вид: [%]. Здесьc = _АДД + _МУЛЬТ и d = _АДД , откуда  = dX_m/100 % .

Для определения числа разрядов счётчика, производящего подсчёт числа квантов, используется формула:

n  log_a N_{X max} , (3)

где a - основание системы счисления, которая используется в счётчике. Величина n округляется до ближайшего большего целого числа. Ёмкость такого счётчика равна: N_О = aⁿ .

Частота импульсного генератора, который тактирует этот счётчик в течение времени преобразования, находится: f_O = N_O/t_ПР. Величина t_ПР в интегрирующих методически помехозащищённых преобразователях выбирается кратной периоду сигнала помехи.

Ширина зоны неопределённости компаратора обычно выбирают из условия не превышения погрешностью компаратора среднеквадратичного значения методической погрешности квантования:

. (4)

При выборе элементной базы нужно ориентироваться на требования задания, исходить из быстродействия и энергопотребления элементной базы, функционального наполнения серий интегральных схем и их стоимости.

В результате расчета составляется таблица с техническими требованиями к отдельным блокам или узлам устройства. Эти требования должны служить исходными данными для выбора и разработки отдельных блоков или узлов и выбора элементной базы, при этом учитываются возможности их взаимного сопряжения и экономические показатели.

Например. 1.3 Расчет функциональной схемы

Проведём назначение требований узлам функциональной схемы (рисунок 1.5) в соответствии с техническим заданием. Для всякого преобразователя аналоговой величины в код расчет структуры начинается с определения числа уровней квантования N_{x max} или числа разрядов n счетчика импульсов:

N_{x max} = X_m / Δ_k, (1)

где X_m – максимальное значение входной величины;

Δ_k – ступень квантования.

Разрядность счетчика n определяется как:

, (2)

где а – основание системы счисления счетчика.

Число разрядов округляется до ближайшего большего целого значения .

Ёмкость счетчика определяется выражением:

N₀ = aⁿ, (3)

где N₀ – число разрядов счетчика.

Суммарную погрешность устройства представим двумя составляющими:

, (4)

где δ_мет – погрешность метода, реализуемого в устройстве (преобразования аналоговой величины в дискретую);

δ_инст – инструментальная погрешность, обусловленная неидеальностью применённых функциональных узлов.

По техническому заданию погрешность преобразования не более 0,5 %. Для разделения суммарной погрешности на методическую и инструментальную, на основе знания возможностей и параметров современной функциональной и элементной базы электронных устройств, распределим суммарную погрешность поровну:

;

.

Тогда ступень квантования находим по формуле:

. (5)

Определим максимальное число уровней квантования:

N_{x max} = X_m/_k = 10 000 / 25 = 400 . (6)

Тогда разрядность счетчика имеет значение:

, (7)

или .

Примем ёмкость счетчика равной количеству уровней квантования:

N₀ = N_{x max} = 400 . (8)

Тогда частота опорного генератора определится:

f₀ = N₀/ t_{ПР ,} (9)

где t_ПР – время преобразования, которое по техническому заданию равно 0,1 с.

Получим для f₀:

f₀ = N₀/t_ПР = 400/0,1 = 4 000 [Гц]. (10)

Определим требования к компаратору. Порог срабатывания компаратора выберем из рекомендации [3]:

. (11)

К различителю напряжения и аналоговому инвертору требования определяет диапазон входного напряжения и значение входного сопротивления из ТЗ: минус 10 –10 В и сопротивление не менее 100 кОм. То есть максимальное входное напряжение этих узлов должно быть не менее 10 В.

В тоже время эквивалентное входное сопротивление устройства определяется параллельным соединением входных сопротивлений различителя полярности, инвертора и компаратора. Поэтому требования к входным сопротивлениям каждого из этих узлов – не менее 300 кОм.

А выходные сопротивление указанных узлов, а также формирователя линейного напряжения, должны быть пренебрежимо малы для минимизации погрешности передачи их выходных напряжений на их же нагрузки.

Так как ТЗ требует хранить только один последний результат преобразования и один бит информации о полярности входного напряжения, то ёмкость памяти должна быть не менее 10 бит. А так как узел памяти должен взаимодействовать с некоторой внешней системной шиной, не нагружая её, то он должен иметь возможность установки в состояние высокого выходного сопротивления.

Внешний сигнал "Пуск", действующий на блок управления, согласно ТЗ имеет уровни интегральных схем (ИС) со схемотехническим базисом ТТЛ. Это предопределяет применение в устройстве дискретных ИС ТТЛ.

Результаты расчетов занесены в таблицу 1.

Таблица 1 - Данные расчёта функциональной схемы

Наименование параметров	Обозначение	Единицы измерения	Значение параметров узлов схемы
			Компаратор	Блок управления	Опорный генератор	Счетчик импульсов	Формирователь	Память	Инвертор, различитель полярности	Ключи
Входные	Uвх мах	В	10				10		10	10
	Rвх	МОм	не менее 0,3						не менее 0,3
Выходные	Rвых	Ом					минимальное		не более 1	не более 1
	Uвых мах	В			ТТЛ	ТТЛ	10	ТТЛ	10, ТТЛ	10
Временные и частотные	длительность импульса	с		0,1			менее 0,1
	частота	кГц			4
Прочие	число разрядов	шт.				не менее 9		не менее 10
	ширина зоны неопределен-ности	мВ	не более 7
	емкость	бит				не менее 400
	основание системы счисления					2

2.4.1 Особенности расчёта функциональной схемы устройств с преобразованием физической величины в частоту

Основой для расчёта является уравнение преобразования вида:

N_X = St_ПРX , (5)

где S – крутизна преобразования.

N_X – это число импульсов с частотой f_X, полученных с выхода преобразователя за время преобразования. Если на входе преобразователя напряжение, то f_X = Su_X.

В аналоговых преобразователях напряжение–частота наиболее часто применяются преобразователи с импульсной отрицательной обратной связью (ООС), которые просто реализуются на современной элементной базе и имеют высокую точность преобразования. Как вариант, такая схема приведена на рисунке 2.2 далее по тексту [3]. В них используется двухвходовой интегратор с сопротивлением R₁ по входу и R₂ в цепи ООС, по которой подаётся импульс с калиброванными амплитудой U_mo и длительностью τ_O. Выходная частота преобразователя определяется:

f_X = [R₂/(R₁U_moτ_O)]u_X = Su_X , (6)

где S = R₂/(R₁U_moτ_O).

Начало структурного расчёта частотноимпульсных устройств то же, что и времяимпульсных. После нахождения ёмкости счётчика N_O, определяют величины S и t_ПР. Для этого в уравнении (5) подставляют N_O вместо N_X и X_m вместо X. Так как требуется определить два неизвестных из одного уравнения, одно из них задают каким-либо образом. Для этого делается оценка произведения

St_ПР = N_X/X = N_O/X_m (7)

путём анализа ограничений, существующих для S и для t_ПР. Например:

а) учитывают условие, что t_ПР < Т_ЦПР. В то же время надо помнить, что в цикле преобразования есть фазы фиксации результата, подготовки и т. п. (то есть часть времени занимает длительность импульсов записи τ_ЗП, сброса τ_R и т. п.). Поэтому t_ПР < [Т_ЦПР – (τ_ЗП + τ_R)]. Для надёжной работы интегральных схем длительность указанных импульсов выбирают в 3-5 раз большей, чем время задержки интегральной схемы.

б) Длительность импульса Т_ЦПР обычно определяется заданием на проектирование или выбирается самостоятельно на этапе расчёта функциональной схемы.

в) Длительность фазы преобразования t_ПР выбирают максимальной величины, чтобы выполнить требование минимального значения чувствительности S при заданной точности. Типовая оценка чувствительности современных преобразователей напряжения в частоту не более (примерно) 500 кГц/В при погрешности не более 0,1 %. В информационных источниках приводится и много большие значения крутизны преобразования, но такие преобразователи характерны большой погрешностью за счёт нелинейности характеристики преобразования (до 5-10 %).

Задав на основе проведённого анализа величины t_ПР или S, определяют другую величину из (7). Если полученное значение не удовлетворяет требованиям по ограничениям на t_ПР или S, тогда это приведёт к изменению значений либо X_m, либо N_О (то есть и погрешности) или Т_ЦПР.

Определив S, рассчитывают преобразователь напряжение–частота (ПНЧ), основываясь на уравнении преобразования. Для конкретики проведём расчётную оценку для ПНЧ, изображённого на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема ПНЧ с импульсной обратной связью

Для этого преобразователя уравнение преобразования имеет вид:

, (8)

где – крутизна преобразования.

Здесь четыре неизвестных: R₁, R₂, U_mo и _O. Доопределим некоторые из них. R₁ – это входное сопротивление преобразователя, оно же является входным сопротивлением устройства. Величина U_mo должна быть меньше напряжения питания U_П. Так как ток обратной связи в интеграторе разряжает конденсатор и протекает через выходное сопротивление операционного усилителя (ОУ), то максимальный выходной ток ОУ I_ОУ max накладывает ограничения значения U_mo и R₂:

, (9)

и отсюда можно определить значение R­₂.

Величина _О ограничивается сверху минимальным периодом выходных импульсов преобразователя, и этот период должен быть не меньше удвоенного значения _О с целью минимизации погрешности из-за нелинейности заряда конденсатора:

. (10)

Выбрав три величины, из уравнения для S находят четвёртую.

2.5 Расчет электрических схем функциональных узлов, выбор схем унифицированных узлов и (или) описание алгоритмов и программ

При разработке программного обеспечения в данном подразделе приводятся схемы алгоритмов и структурные схемы реализующих их программ на все модули и подпрограммы. Описание программ должно сопровождаться разработанными текстами программ с подробными комментариями. При большом объёме листинги должны выноситься в приложения.

При разработке электрических устройств, составление электрических принципиальных схем для узлов функциональной схемы распадается на два этапа: первый – собственно выбор и составление схем, второй – выбор элементов, расчёт параметров. Разработку схем лучше выполнять поблочно. Для устройств времяимпульсного типа (информативный параметр при промежуточной обработке – длительность импульса) рекомендуется порядок: 1) блок управления; 2) блок аналогового преобразования входной величины в промежуточную аналоговую величину; 3) блок квантующего устройства и дискретной меры; 4) блок счётчиков, регистров цифровой памяти и индикации; 5) блок дополнительных функций (индикации полярности, перегрузки, и т. п.); 6) блок дополнительных аналоговых преобразователей по входу устройства (если имеются).

Исходными данными для разработки отдельных функциональных узлов являются итоги расчёта на структурном уровне (см. таблицу 1 в примере выше), а также параметры уже разработанных узлов. Сначала производят выбор электрических принципиальных схем: если их не удаётся найти в информационных источниках, то схемы составляются самостоятельно. Для сокращения сроков и стоимости проектирования следует максимально использовать типовые решения.

Затем выбирают или рассчитывают номиналы элементов схем, а при необходимости выбирают и тип элемента. В тексте приводят только необходимые параметры диодов, транзисторов, интегральных схем и т. п. Выбор типов элементов схем следует кратко обосновывать.

При объединении схем узлов в общую схему нужно разделять фильтрами по цепям питания высокоточные узлы и узлы с дискретными ИС, являющимися источниками импульсных помех в шину питания. Применяя RC-фильтры, падение напряжения на сопротивлении выбирается в среднем 1 В, чтобы поддерживать высокий КПД использования источника питания. Если терять напряжение нельзя, используют LC-фильтр.

Входные сигналы, подаваемые на проектируемое устройство, а также его выходные сигналы и напряжения питания должны вводиться через электрические разъёмы – вилки и розетки. Напряжения постоянного тока, медленно меняющиеся сигналы и импульсные сигналы без требований к крутизне фронта и среза могут вводиться через низкочастотные многоконтактные разъёмы. Гармонические сигналы с частотой выше 1 кГц и импульсные сигналы должны подаваться через разъёмы для широкополосных трактов с конкретным волновым сопротивлением. Это позволяет сохранить форму импульсного сигнала и обеспечить минимальное затухание высокочастотного сигнала при передаче по тракту. В качестве примера и справки некоторые типы разъёмов приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 – Низкочастотные разъёмы

Наименование	Тип	Число контактов	Контакты	Примечание
ГРПМ2-30ГО2-В	розетка	30	А1-7; Б1-8; В1-7; Г1-8
ГРПМ2-30ШО2-В	вилка	30	То же	Контактная группа конструктивно не защищена от случайного короткого замыкания
ГРПМ2-122ГО2-В	розетка	122	А1-А30; Б1-Б31; В1-В30; Г1-Г31
ГРПМ2-122ШО2-В	вилка	122	То же	То же
ГРПМ1-45ГО2-В	розетка	45	А1-А22; Б1-Б23
ГРПМ1-45ГО2-В	вилка	45	То же	«
ГРПМ1-31ГУ2-В	розетка	31	А1-А15; Б1-Б16
ГРПМ1-31ШУ2-В	вилка	31	То же	«
СНП58-64/95х9Р-20-2-В	розетка	64	А1-А32; Б1-Б32
СНП58-64/94х9В-23-2-В	вилка	64	То же	Контактная группа конструктивно защищена от случайного короткого замыкания
РГ3КП2Г2Т2Г5ТВ	кабельная розетка	42	две сильноточные группы 1-3; по две слаботочных группы А1-А6, Б1-Б6 и Г1-Г6	То же
РШ3П-2Ш2Т 2Ш5Т-В	вилка	42	То же
РП15-23ГФ	розетка	23	1-8; 9-15; 16-23
РП10-7	вилка и розетка	7	А1-А4; Б1-Б3
Продолжение таблицы 1
РП15-23ШВК В	кабельная вилка	23	То же	Контактная группа конструктивно защищена от случайного короткого замыкания
МРН14-1	розетка и вилка	14	1-14
МРН32-1	розетка и вилка	32	1-32
СН051-40-23-В	вилка	40	1-40	То же
РШ2НП-1-29	вилка	16	1-16	«
РГ1Н-1-2	розетка	12	1-12
РГ1Н-1-3	розетка	8	1-8
РШ2Н-1-5	кабельная вилка	4	1-4	«
РГ1Н-1-1	розетка	4	1-4

Таблица 2 – Широкополосные разъёмы

Наименование	Тип	Число контактов	Волновое сопротивление	Примечание
СР-75-108ФВ	кабельная вилка	1	75	Резьбовая фиксация
СР-50-74ФВ (ПВ)	кабельная вилка	1	50	Фиксация байнет
СР-50-158Ф	кабельная розетка	1	50	Резьбовая фиксация
СР-50-274С	кабельная вилка	1	50	То же
СР-50-270С	кабельная вилка	1	50	«
СР-75-286Ф	То же	1	75	«
СР-75-109Ф	приборная вилка	1	75	«
СР-75-104Ф	кабельная розетка	1	75	«
СР-50-111Ф	кабельная вилка	1	50	«
	приборная
Продолжение таблицы 2
	приборная

Разработку блока управления начинают с анализа временных диаграмм сигналов, поступающих на блок и вырабатываемых им. Обычно выходные сигналы блока повторяются с периодом, равным длительности цикла преобразования. Периодичность обеспечивается генератором, работающим в автоколебательном режиме. Необходимые временные сдвиги между отдельными импульсными сигналами создают за счёт одновибраторов (ждущих мультивибраторов).

Блоки преобразования входной аналоговой величины в промежуточную аналоговую величину строят на типовых функциональных узлах и компонентах (интеграторах, источниках опорного напряжения, генераторах, компараторах, счётчиках и т. п., информация о которых есть в [4]).

Если в квантующих устройствах используется квант в единицах времени, то для этой цели применяют период импульсного сигнала опорного генератора (ОГ), имеющего низкую нестабильность частоты, примерно 10^-5-10^-6 [4]. Такую нестабильность частоты обеспечивают генераторы с кварцевой стабилизацией частоты, имеющие стабильное напряжение питания. На сегодняшний день предприятия изготавливают кварцевые резонаторы, которые работают в типовых схемах генераторов на первой собственной механической гармонике в диапазоне частот примерно 1 кГц - 80 МГц. Кварцевый резонатор изготавливается предприятием по заказу на любое значение частоты.

Если нужно построить генератор с более высокой частотой, имеющий малую нестабильность, используют схемы генераторов и кварцевые резонаторы, способные работать на нечётных механических гармониках, (например, на ИС ЭСЛ типа на рисунке 2.3). При большой задержке распространения t_зрэлементаD1.1. (Т_вых/t_зр  2), кварц подключают к его инвертирующему выходу.

При расчёте резонансных цепей выбор величин LиCобычно производят с позиции максимальной добротности на резонансной частотеf, для чего, из физических представлений контура как антенной системы, выбирают ёмкость в пикофарадах равной длине волныв метрах:

 = сТ = c/f = 300/f_[МГц] = _[М] ; С_[пФ] = _[М] . (11)

Индуктивность определяется из формулы Томпсона: L = 1/(4²f²C). Если схема не предназначена для реализации в интегральном исполнении, величинаСдолжна быть в 2-3 раза больше, чем паразитная ёмкость монтажа (оценочное значение 0,5–5 пФ). Если планируется подстройка частоты контура, то часть ёмкостиС(примерно 20 %) заменяют подстроечным конденсатором.

Иногда, при работе устройства в положительной и отрицательной области напряжений, полярность определяется на входе и она приводится к одному знаку с помощью дополнительного аналогового инвертора. Определение полярности часто проводят с помощью компаратора [4], порог срабатывания которого не должен превышать стоимости ЕМР. Этот же компаратор может быть использован для индикации полярности (визуальной – с дополнительным светодиодом).

Рисунок 2.3 – Импульсный генератор на нечётных гармониках кварца

Для устройств частотноимпульсного типа (информативный параметр при промежуточной обработке – частота следования импульсов) рекомендуется порядок: 1) блок управления; 2) селектор и счётчик импульсов; 3) регистр и цифровое устройство фиксации результата преобразования; 4) вспомогательные блоки; 5) формирователь импульсов; 6) калибратор амплитуды импульсов; 7) интегратор и компаратор; 8) блок входных аналоговых преобразователей.

Для устройств этого типа величина _О должна быть стабильной, для чего в их формирователях используются кварцевые генераторы: обычно _О = Т_КГ (периоду). Также в формирователях активно применяются КМДП ИС, которые подключают к выходу интегральной схемы или напряжение питания U_П, или нулевой потенциал общего провода. Эти ИС переключаются при фиксированном и стабильном для отдельной ИС уровне, примерно равном U_П/₂. Эти свойства использованы в преобразователе на рисунке 2.2, где в D-триггере объединены и компаратор, и формирователь калиброванного импульса.

Частотно–измерительные блоки строятся по типовой функциональной схеме, рисунок 2.4.

Узлы блока строятся по типовым решениям на типовых ИС. В качестве селектора можно использовать ячейки И-НЕ или И. Использование инверсного стробимпульса T₀ позволяет применять ячейки ИЛИ либо ИЛИ-НЕ. Наличие регистраRG, в который записывается код после окончания импульсаT₀, позволяет устранить мелькание цифр при индикации кодаN_x.

Рисунок 2.4 – Функциональная схема частотно–измерительного блока

Преобразователь кодов X/Y строится по известным положениям [5, 6], преобразуя тетрадно-десятичные коды на выходе регистра RG в код, необходимый для управления конкретным типом индикатора. Общий подход к построению преобразователя кодов – это составление комбинационной таблицы, устанавливающей соответствие входного и выходного кодов, и по ней синтез соответствующей электрической схемы. В настоящее время для преобразователей кодов в основном применяются ИС, в том числе и дешифраторы.

В качестве регистров RG широко используются ИС параллельных регистров на основе D-триггеров, являющихся ячейками памяти. Для устройств с шинной организацией целесообразно использовать специальные регистры, предназначенные для работы на магистраль. Это вариант ИС серии 1533ИР22, ИР33, ИР34, работающие на магистраль без буфера: в диапазоне напряжений питания 4,5–5,5 В ёмкость нагрузки может достигать 50 пФ. А 8-разрядный двунаправленный шинный формирователь (КМОП) КР1834ВА86, ВА87, имея Z-состояние, работает в диапазоне частот до 10 МГц на нагрузку до 200 пФ, выдерживая воздействие статического электричества до 1 кВ.

Широко распространённым вариантом, применяемым при построении цифровых отсчётных устройств, является способ динамической индикации, когда преобразователь кодов X/Y рассчитан только на одну декаду, а обслуживает поочерёдно все декады. Этим уменьшается аппаратная избыточность при построении таких узлов. При динамической индикации для управления всеми разрядами индикатора используется один преобразователь двоично-десятичного кода в код управления. Разряды включаются поочередно. Причем, если частота включения f  24 Гц, то из-за инерционности зрения мерцания знаков не наблюдается.

Если в электрической схеме применяется большая интегральная схема (БИС), содержащая многие или даже все узлы схемы, студент должен уяснить и в ПЗ отразить функциональную схему БИС, описать её работу, проиллюстрировав временными диаграммами. Электрические характеристики и режимы работы необходимо привести с обязательной ссылкой на информационный источник. Типовая схема включения должна быть обоснована, также как и выбор навесных элементов, определяющих режимы или характеристики БИС.

Если БИС работает под воздействием управляющей программы, то следует обосновать и выбрать ИС ЗУ для хранения программы (например [7]). В ПЗ привести схему и подробное описание алгоритма работы программы.

2.5.1 Особенности применения компонентов элементной базы

Данный пункт содержит рекомендации по выбору и применению конкретных компонентов в функциональных узлах. Можно выделить наиболее часто используемые компоненты:

– дискретные (цифровые) интегральные схемы малой и средней степени интеграции;

– электронные ключи и переключатели, управляемые кодом;

– операционные усилители;

– цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП);

– аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

– стабилизаторы напряжения;

– интегральные схемы для делителей частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД);

– генераторы с частотой, управляемой напряжением (ГУН);

– трансформаторы.

Наиболее часто в практике используются дискретные интегральные схемы малой и средней степени интеграции, имеющие схемотехнический базис транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), комплементарные на полевых транзисторах структуры металл – диэлектрик – полупроводник (КМДП), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) и буферизированной полевой логики (БПЛ).

Различные микросхемы оцениваются по энергии переключения базового логического элемента:

. (12)

Интегральные схемы с открытым электродом (вывод выходного транзистора ИС сделан из корпуса и никуда не подключён) используются для создания логических схем И и ИЛИ (монтажная логика) за счёт подключения к шине питания через внешние резисторы. В условном графическом обозначении (УГО) таких микросхем используются обозначения, показанные на рисунке 2.5.

Интегральные схемы ТТЛ имеют базовый элемент на основе биполярных транзисторов и характерны следующими уровнями логических сигналов: напряжение низкого уровня u_L = [0; 0,3] В; напряжение высокого уровня u_h = [2,4; 5] В. Напряжение питания этих ИС равно 5 В  10 %. Из наиболее часто встречающихся в практике ИС этого типа можно отметить следующие серии: К133, 155, 533, 555, 530, 531, 1533, 1531. В основной массе задач целесообразно применять серию 1533. Все ТТЛ серии имеют полную конструктивную и электрическую совместимость. Для этих ИС энергия переключения в диапазоне 5–140 пДж.

Рисунок 2.5 – Обозначение элементов монтажной логики в УГО ИС

Никуда не подключённый логический вход микросхем ТТЛ имеет значение логической единицы (высокий уровень напряжения).Переключение из «0» в «1» и обратно происходит при напряжении, соответствующем середине линейного участка амплитудной характеристики (1,35 В), а в целом ТТЛ ИС условно делят на виды:

– среднего быстродействия;

– маломощные;

– мощные;

– со структурами Шотки.

Для сравнительной оценки серий можно воспользоваться таблицей 3.

Таблица 3 – Сравнительная характеристика ИС ТТЛ-серий

Серия	tЗДР, нс	РПОТР, мВт (базов. логич. эле-та)	СН, пФ	RН, кОм
134	33	1	50	4
155 (133)	10	10	15	0,4
531 (530)	3	20	15	0,28
555 (533)	10	2	15	2
1531	3	4	15	0,28
1533	4	2	15	2

ИС КМДП имеют базовый элемент в виде логического ключа на комплементарных (разных по природе, но идентичных по электрическим характеристикам) полевых транзисторах и характерны практическими уровнями логических сигналов: напряжение низкого уровня u_L не более 0,3U_ПИТ; напряжение высокого уровня u_h не менее 0,7U_ПИТ. На практике эти напряжения раны 0 В и напряжению питания соответственно. В зависимости от серии, напряжение питания этих ИС лежит в диапазоне от 1,5 В до 15 В. Из наиболее часто встречающихся в практике ИС этого типа можно указать следующие серии: К564, 561, 1564, 1561, 1554, 1594, 5514, 5554. Устаревшая 176 серия к применению не допускается.

Основная особенность этих ИС – очень малая потребляемая мощность от источника питания (микроватты). Поэтому их целесообразно использовать в автономных устройствах. Например, у ИС 1554-й серии энергия переключения определяется произведением (3,2 нс)(2,5 мкВт) = 8 нсмкВт.

Переключение из «0» в «1» происходит при напряжении, соответствующем середине линейного участка амплитудной характеристики, равном примерно половине напряжения питания. За счёт большого отличия напряжений логических уровней ИС КМДП обладают высокой помехоустойчивостью.

В ЭСЛ ИС в базовом элементе применён токовый ключ – дифференциальный каскад на БПТ в ключевом режиме. Напряжение питания серии 1500 равно минус 4,5 В, а остальные серии питаются напряжением минус 5,2 В. Напряжение низкого уровня u_L лежит в интервале [–1,8; –1,6] B; напряжение высокого уровня u_h равно в среднем значению минус 0,8 В. Особенность ЭСЛ ИС – это наличие парафазного (прямого и инверсного) выхода, причём с открытым эмиттером. Поэтому используемый выход должен быть подключён к шине питания через резистор сопротивлением 300–500 Ом. При работе на согласованный тракт 50–75 Ом выход микросхемы подключается через линию связи к источнику минус 2 В.

Переключение из «0» в «1» и обратно происходит при напряжении, соответствующем середине линейного участка амплитудной характеристики минус 1,25 В. Некоторые микросхемы имеют отдельный вывод, на котором имеется указанное напряжение для использования его в качестве опорного. Никуда не подключённый логический вход микросхем ЭСЛ имеет значение логического нуля (низкий уровень напряжения).

Можно привести серии ЭСЛ ИС: К100, 500, КС500, 597, 1500, 193. Серия КС500 отличается от серии 500 уменьшенным на 50 % временем задержки распространения и увеличенной до 150 мВ помехоустойчивостью. Основная особенность этих ИС – высокое быстродействие и большая потребляемая мощность. Например, ряд функциональных элементов серии 1500 работают на частотах до 500 МГц.

193-я серия предназначена для построения делителей частоты до 3 ГГц в синтезаторах частот, 597-я серия – это быстродействующие компараторы.

В БПЛ ИС в базовом элементе также применён токовый ключ – дифференциальный каскад на ПТ с барьером Шотки в ключевом режиме. Элементы с барьером Шотки имеют очень высокое быстродействие – время перехода из одного состояния в другое лежит в пикосекундном диапазоне. В качестве материала применяют арсенид галлия (GaAs). Питание этих ИС производится от двух источников: 3,84,2 В и минус 2,282,52 В. Напряжение низкого уровня u_L лежит в интервале [–0,2; 0,1] B; напряжение высокого уровня u_h в диапазоне [0,9; 1,5] В. БПЛ ИС также имеют парафазный выход, но с открытым истоком. Используемый выход должен быть подключён к общему проводу («земле») через резистор сопротивлением 45-55 Ом. Основная серии этих ИС – серия К6500 (кроме этого 6501, 6502, 6401, 6600).

ИС БПЛ имеют сверхвысокое быстродействие и большую потребляемую мощность. Они способны работать до частот 1000–1200 МГц.

В качестве примера в таблице 4 даны параметры некоторых типов ИС.

Таблица 4 – Значения параметра t_ЗРразличных ИС различных схемотехнических базисов

Интегральные схемы		Функция	tЗР10/tЗР01, нс, не более	РПОТ0/ РПОТ1, мВт
ТТЛ КМДП ЭСЛ БПЛ	1533ЛА1	4И-НЕ	28/14	5,23/-
	1533ЛА3	2И-НЕ	14/14	10,59/-
	КР1531ЛИ1	2И	5/5,5	16,9/10,9
	К555ЛИ6	4И	24/24
	КР1531ЛЕ1	2ИЛИ-НЕ	3,5/4,8	17,1/7,4
	1533ЛН1	НЕ	12/12	12,25 мВт средняя
	К561ЛА7	2И-НЕ	160/160	UИП= 5 В
	К561ЛА8	4И-НЕ	160/250	"
	К561ЛЕ5	2ИЛИ-НЕ	180/260	"
	КР1561ЛИ2	2И	250/250	"
	К561 ЛН2	НЕ	110/120	"
	К500ЛМ102	2И-НЕ	2,9/2,9	135 мВт
	К500ЛМ109	4И-НЕ	2,9/2,9	73
	К500ЛЕ106	4ИЛИ-НЕ	2,9/2,9
	К6500ЛР1	2_2И-ИЛИ-НЕ	0,42	550 мВт
	К6500ЛР2	(НЕ-2И)-2И-ИЛИ-НЕ	0,42	550

ИС 1531 обеспечивают типовое время задержки 2 нс на базовый логический элемент при меньшей мощности рассеяния, чем схемы серии 530. Схемы серии 1531, в зависимости от их функциональной сложности, работают в области частот до 130 МГц.

Быстродействующей серией является серия КМДП ИС 1554. Если у биполярных ИС ток потребления в статическом режиме может достигать нескольких десятков миллиампер, то КМДП ИС имеют ток потребления в статическом режиме на три порядка ниже, чем у аналогичных ИС серии 531 и 1533. Для наглядного представления соотношения параметров ИС различных серий изображены на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 – Соотношение времени задержки и потребляемой мощности различных серий ИС

Микросхемы 1554-й серии имеют высокую нагрузочную способность: не менее 24 мА при U_ПИТ = 4,5 В и удержании выходного напряжения 3,86 В. Они способны работать на согласованный тракт передачи с волновым сопротивлением 50 и 75 ом. Характерные черты ИС этой серии следующие: выходное сопротивление 8–10 Ом; время задержки распространения сигнала примерно 4 нс; тактовая частота до 150 МГц; максимальная ёмкость нагрузки до 500 пФ. По нумерации выводов практически все микросхемы аналогичны своим функционалам в сериях ТТЛ ИС.

При работе с импульсными сигналами с различной частотой следования импульсов все ИС КМДП увеличивают ток потребления по шине питания. Если известна внутренняя ёмкость микросхемы С_ВН, то ток потребления определяется выражением:

I_ПОТР = U_ПИТ(С_ВНf_ВХ +С_Нf_ВЫХ). (13)

И при определённых частотах ИС КМДП теряют преимущество по минимальному потреблению перед ИС ТТЛ. Так мощность, потребляемая от источника питания микросхемами серии 1554, превышает аналогичную мощность микросхем серии 1533 уже при частоте 3 МГц.

ИС серии 1554 и их развитие в сериях 5514 и 5554 характерны специфическими особенностями относительно других видов ИС. Серия 5514 – это расширенный полностью взаимозаменяемый аналог серии 1564. От серий 54(74)НС (1564) ИС серии 5514 отличаются:

– быстродействием: серия 5514 превосходит зарубежные и отечественные анало-

ги;

– более высокой нагрузочной способностью: серия 5514 превосходит зарубежные

и отечественные аналоги,

– возможностью внутреннего согласования всех или заданных входов ИС с ТТЛ

уровнями входных сигналов;

– возможностью реализации всех или заданных входов ИС с триггером Шмитта;

– возможностью реализации всех или заданных входов и выходов ИС с высокоом-

ной триггерной петлей.

Электрические характеристики ИС серии 5514 приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Основные электрические характеристики ИС серии 5514

Входное напряжение		Выходное напряжение			Статический ток потребления	Питание	Температура
«0»	«1»	«0»	«1»	IВЫХ
В, не блоее	В, не менее	В, не более	В, не менее	мА	мкА	В	ОС
0,5	1,5				80	2	–60  125
1,35	3,15	0,4	3,7	6		4,5
1,8	4,2	0,4	5,2	8		6
		0,1	Uпит – 0,1			2  6

Допустимое значение потенциала статического электричества 2 000 В.

Высокие нагрузочная способность, быстродействие (более 33 МГц по внутреннему D-триггеру) и помехоустойчивость, широкий диапазон питания и температуры окружающей среды позволяют использовать эти микросхемы в самой разнообразной аппаратуре. А высокая устойчивость к воздействию статического электричества практически снимает ограничения по защите как в производстве, так и при эксплуатации аппаратуры.

Серия 5554 – семейство быстродействующих КМОП логических ИС – аналог известной серии 54(74)АСххх. Электрические характеристики ИС серии 5554 приведены в таблице 6.

Допустимое значение потенциала статического электричества 2 000 В. Бстродействие ИС этой серии более 66 МГц по внутреннему D-триггеру. Более подробную информацию об ИС этих серий можно посмотреть в [8].

При напряжении питания 5 В указанные серии ИС работают на ИС ТТЛ без всякого дополнительного согласования, а ТТЛ-микросхемы для работы на эти КМДП серии должны быть подключены своим выходом через добавочный резистор сопротивлением 2,2 – 5,1 кОм к шине питания.

Таблица 6 – Основные электрические характеристики ИС серии 5554

Входное напряжение		Выходное напряжение			Статический ток потребления	Питание	Температура
«0»	«1»	«0»	«1»	IВЫХ
В, не блоее	В, не менее	В, не более	В, не менее	мА	мкА	В	ОС
0,5	1,5				80	2	–60  125
0,9	2,1	0,4	2,4	12		3
1,35	3,15	0,4	3,7	24		4,5
1,65	3,85	0,4	4,7	24		5,5
1,8	4,2			8		6
		0,1	Uпит – 0,1	0,05		2  6

В модулях, требующих использования быстродействующих оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) небольшой ёмкости, могут быть использованы ИС с малым временем выборки адреса t_А из быстродействующих серий, пример которых приведён в таблице 7.

Таблица 7 – Быстродействующие ОЗУ малой ёмкости

Тип ИС	Организация памяти	Время выборки адреса tА, нс
К1500РУ470	4 096 бит: 4 096 слов по 1 разряду	не более 25
К1500РУ480А	16 384 бит: 16 384 слова по 1 разряду	не более 20
К1500РУ474	4 096 бит: 1 024 слова по 4 разряда	не более 15
К1500РУ415	1 024 бит: 1 024 слова по 1 разряду	не более 15
К1500РУ422А	1 024 бит: 1 024 слова по 1 разряду	не более 7
К1500РУ073	256 бит: 256 слов по 4 разряда	не более 6
К6500РУ1	1 024 бит: 1 024 слова по 1 разряду	не более 4
К6600РУ2	26 бит: 256 слов по 1 разряду

Примером постоянного запоминающего устройства может быть микросхема К1500РТ16: ёмкость 1 024 битов с организацией 256 слов по 4 разряда и t_А не более 15 нс.

Представителями электронных ключей и переключателей, управляемых кодом, являются ИС серий 101, 119, 124, 146, 190, 249, 262, 293, 415, 547, 590, 591, 592, 1104, 1014. Обычно ИС электронных ключей содержат в себе не один, а наборы ключей, иногда объединённых по различным электрическим принципиальным схемам. Нужно обращать внимание на полярность и максимальное значение входного, коммутируемого ключом, напряжения. В основной массе ключи коммутируют двухполярное напряжение, лежащее в диапазоне от  10 В до  10 В. Ряд ключей управляются не кодом, а аналоговым сигналом.

Когда ток через ключ значителен, нужно учесть падение напряжение на открытом сопротивлении ключа, ведущее к погрешности передачи сигнала со входа ключа на выход. Можно провести оценку:

– ключ КР146КТ1 имеет максимальное значение тока 0,4 А, но уже при токе 0,1 А остаточное падение напряжения на ключе 0,4 В;

– ключ КР1014КТ1 имеет максимальное значение тока до 100 мА при сопротивлении открытого ключа 10 Ом, что ведёт к падению напряжения на открытом ключе, равном 1 В.

Также следует различать рабочую частоту ключа, то есть частоту сигнала, передаваемого через ключ, и время включения (выключения) ключа, то есть время перехода из закрытого состояния в открытое (или наоборот). Ключ КР146КТ1 может включаться за время 10 нс, а выключаться за 150 нс, но период следования импульсов «включить – выключить» не должен быть менее 1 мкс. А ключ КР1014КТ1 может передавать через себя сигнал с частотой до 100 кГц, и при этом переходить в состояние включен (выключен) за время 5 мкс.

Рабочая частота ключа также ограничивается паразитной ёмкостью «вход–выход», через которую входной сигнал попадает на выход при выключенном ключе. Это ведёт к погрешности ключа в состоянии выключено, к его частотной погрешности.

Если ключ представляет собой коммутационную матрицу, то для оценки погрешности коммутатора следует учитывать паразитную связь между отдельными ключами внутри ИС. Это паразитные каналы, по которым, хоть и на малом уровне, но сигналы из других каналов попадают во включенный канал. Так для ключа К590КН14 коэффициент связи между каналами равен минус 35 дБ, то есть имеется паразитное прохождение на уровне 1,8 % от величины сигнала в соседнем канале.

Для ряда устройств возникает необходимость выбора одного из многих аналоговых сигналов с помощью кода. В этом случае удобно использовать ИС аналогового мультиплексора, содержащего и встроенные регистры, и дешифраторы Например, ИС 590КН19 является 8-миканальным мультиплексором с возможностью хранения трёхразрядного управляющего кода.

Для подачи больших («опасных») напряжений на управляемые промышленные и бытовые объекты рекомендуется использовать оптоэлектронные ключи: в них управляющий узел полностью гальванически отделён от исполнительного узла, через который на объект подаются напряжения или через который текут большие токи. Передача управляющего воздействия происходит с помощью оптического излучения – света в различных диапазонах длины волны, – от инфракрасного излучения до ультрафиолетового. Так, например, в сериях 249, 293, 415 есть оптоэлектронные ключи и оптоэлектронные переключатели, в том числе с тиристорами, симисторами, с оптопереключателями – инверторами. В серии 262 есть оптоключи с усилителем.

Иногда необходимо иметь высокочастотное переключательное устройство – в этом качестве можно использовать электромеханические реле. Например, в полосе частот до 100 МГц работают реле: РПА11 с одной контактной группой, изготавливаемые на напряжение питания 13 В и 27 В; РПА12 с одной контактной группой, поляризованное, напряжения питания 2,4 В (способно работать под управлением ТТЛ ИС), 13 В и 27 В [9].

Операционные усилители. Часто операционные усилители делят на классы:

– быстродействующие (широкополосные): максимальная скорость нарастания выходного напряжения не менее 30 В/мкс, время установления не более 1 мкс и частота единичного усиления не менее 10 МГц;

– прецизионные: напряжение смещения нуля не более 250 мкВ, температурный коэффициент напряжения смещения нуля не более 5 мкВ/^ОС и коэффициент усиления по напряжению не менее 15010³. Такие ОУ используются при работе с малыми сигналами при высоком уровне помех, у них велик коэффициент ослабления синфазного сигнала;

– общего применения: для функциональных узлов с суммарной приведённой погрешностью порядка 1 % (например, К140УД6);

– с малым входным током: входной ток не превышает 100 пА (например, К544УД1);

– мощные и высоковольтные: выходной ток превышает 100 мА, а выходное напряжение не менее 15 В. Это серии ИС 157, 1040, 1408 и 1422;

– микромощные: максимальный ток, потребляемый от источника питания, не более 1 мА (например, К140УД12).

Зарубежные мощные высоковольтные ОУ можно посмотреть в [10, 11]. Их наиболее употребимые характеристики приведены в таблице 8. Можно отметить ОУ LM12, 3583, PA031, PA30 и т. п.

Таблица 8 – Характеристики высоковольтных ОУ

Тип	Вых. ток, А	Диапазон напряжен. питания, В	Ток потребления, мА	Напряжение смещения, мВ	Скорость нарастания, В/мкс	Частота единич. усиления, МГц
ОРА501 (РА51)	10	10  40	10	5	1,35	1
ОРА2541	5	10  40	25	1	6	1,6
ОРА512 (РА12)	15	10  50	50	3	2,5	4
3581 (РА83)	30 мА	32  75	8	3	20	5
3584 (РА84)	15 мА	70 150	6,5	3	150	5
ОРА453	50 мА	10  40	6,5	1	23	8

Усилители, имеющие выходной ток единицы ампер и более, можно рассматривать как сочетание предварительного ОУ с выходным мощным усилителем на высоковольтных транзисторах, работающем в режиме с отсечкой. Выходной сигнал предварительного усилителя управляет выходным усилителем, открывая его. Выходной каскад зачастую снабжён электронной защитой от короткого замыкания по выходу.

В [12] имеется удобная для целей учебного проектирования справочная информация по ОУ.

Цифро-аналоговые преобразователи широко применяются в функциональных узлах различного назначения. Упрощённо их можно разделить на прецизионные (нелинейность характеристики преобразования не более 0,1 %) и быстродействующие (время установления не более 100 нс). Так ЦАП К427ПА1 – шестнадцатиразрядный со временем установления 30 мкс и нелинейностью 0,02 %. А ЦАП К1118 ПА1 имеет время установления 20 нс и выходной ток 51 мА при нелинейности 0,19 % [13].

Более подробно с различными видами ЦАП можно ознакомиться в [12, 14]. Например, отечественный ЦАП КС1118ПА6А при 10-ти разрядах имеет время установления 5 нс. ЦАП MX7520 ф. MAXIM имеет время установления 500 нс при разрядности 10 бит.

Дифференциальная нелинейность характеристики преобразования может быть в пределах от 0,5 кванта до 10 квантов, а погрешность полной шкалы (неточная установка коэффициента преобразования) может достигать нескольких десятков квантов. Отечественная промышленность также выпускает ЦАПы серий 572, 594, 1108. Характеристики и описание работы ИС ЦАП можно посмотреть в [12–14]. Зачастую микросхемы ЦАП имеют встроенные параллельные регистры для хранения управляющего кода.

Аналого-цифровые преобразователи во всех функциональных узлах применяются по прямому назначению. Они различаются по точности, быстродействию, помехозащищённости и сложности реализации. Параметры и работу наиболее употребимых микросхем АЦП можно найти в [12, 13] (серии 572, 1108, 1113, 1107). Быстродействующие АЦП серии 1107 хорошо описаны в [14].

Разрешающая способность АЦП определяется разрядностью и максимальным диапазоном входного напряжения (полной шкалой). Точность отражается абсолютной погрешностью полной шкалы, а также нелинейностью характеристики преобразования.

Стабилизаторы напряжения в интегральном исполнении традиционно представлены серией 142 отечественной промышленности [12]. Это могут быть как источники регулируемых стабилизированных напряжений (обычно в диапазоне 3–30 В, например, К142ЕН3 отдаёт в нагрузку ток до 1 А), так и фиксированных напряжений: 5, 6, 9, 12, 15, 15, 20, 24 и 27 В. Так ИС К142ЕН6 имеет на выходе двухполярное напряжение 15 В при токе в нагрузку до 0,2 А, что удобно использовать для питания ОУ. Можно также указать серии ИС: 1009 – источники опорных напряжений 2,5; 5; 7,5 и 10 В; 1055 – стабилизаторы напряжения от 5 В до 20 В; 1145 – стабилизаторы напряжения от 4,5 В до 27 В; 1151 – стабилизатор напряжения 1,24–17,5 В; также ИС серии 1157, 1158, 1162, 1168, 1170, 1179, 1180, 1184, 1199, 1212, 1234, 1235 и 1242 [15].

Имеются ИС преобразователей напряжения постоянного тока одной величины в другую – это преобразователи постоянного напряжения в постоянное (DC/DC преобразователи, DC/DC конверторы). Диапазон входного напряжения может лежать в пределах от 1,8 до 200 В, а выходное напряжение, как правило, нормированное. DC/DC преобразователи выпускаются на разные мощности – от долей ватта до десятков ватт. Как правило, DC/DC преобразователи выпускаются для монтажа на печатную плату.

Примером таких ИС могут 142ЕП1, микросхемы серии 1156 и т. п. (см выше) [16].

Электронная промышленность разработала интегральные схемы для делителей частоты с переменным коэффициентом деления, которые используются в различных устройствах, но в целом предназначены для синтеза частот. Это счётчики импульсов, у которых в процессе счёта может быть изменён коэффициент счёта по команде извне. Для наиболее сложной части ДПКД – входной части – разработаны ИС с двумя возможными значениями коэффициента счёта. Пример таких серий ИС приведён ниже.

Эти интегральные схемы имеют закрытый (конденсатором) вход и соответственно ограниченную нижнюю границу частотного диапазона. На упомянутой ранее серии 193 строятся ДПКД с прескаллером – предварительным делителем частоты на входе с изменяемым коэффициентом деления и низкочастотной кодоуправляемой частью. Так ДПКД на микросхемах 193ИЕ3 и 531-й серии работает в диапазоне 30–200 МГц и имеет коэффициент деления от 90 до 9999 с шагом 1.

Микросхема КР1507ИЕ1 имеет коэффициент счёта 10/11; 20/22; 40/44. Диапазон частот 10–110 МГц. Микросхема К564 ИЕ15 позволяет устанавливать коэффициент деления по формуле N = A + 10B, где А и В – числа, задаваемые в коде на выводы микросхемы.

Генераторы с частотой, управляемой напряжением, в настоящее время активно применяются в различных технических областях. Изменяя вручную или автоматически напряжение постоянного тока на входе управления ГУН, можно менять частоту его выходного сигнала. Такие генераторы можно строить на отдельных компонентах или интегральной элементной базе, ГУН присутствуют в виде отдельного функционального узла в составе ИС фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). На выходе таких генераторов можно получать как гармонический, так и импульсный сигнал в широком диапазоне частот. Отправными информационными источниками по ГУН могут быть [17] (примерно 10–200 МГц, импульсный ЭСЛ); [18] – микросхемы 530ГГ1 (ТТЛ, примерно до 50 МГц) и К564ГГ1 (КМДП, примерно 8 кГц  1,5 МГц), а также [19].

Трансформаторы питания необходимо выбирать из унифицированного ряда по справочным информационным источникам, например [20]. В качестве критериев выбора используются предварительно определённые требования по напряжениям и токам вторичных обмоток. Если возникает необходимость получить напряжения и токи большие, чем имеются у унифицированных трансформаторов, нужно применять последовательное или параллельное соединение соответствующих вторичных обмоток нескольких трансформаторов. При этом соответствующим образом соединяются начала и окончания вторичных обмоток: при последовательном соединении – Н + К, при параллельном соединении – Н + Н и К + К.

Далее вычисляется полная мощность нагрузки всех вторичных обмоток по формуле: P_Н = U₁I₁ + U₂I₂ + ... + U_nI_n. Трансформатор выбирают с таким расчётом, чтобы его собственная мощность была не меньшей, чем мощность нагрузки.

Унифицированные трансформаторы питания (УТП) выпускаются промышленностью следующих видов (что следует учитывать при их выборе):

А) накальные (ТН), которые имеют низковольтные вторичные обмотки (на 5 В и 6,3 В), рассчитанные на большие токи. Они выпускаются с шестью видами электрических принципиальных схем (ТН1–ТН61).

Б) Анодно-накальные (ТАН), имеющие на вторичных обмотках как анодные (большие), так и накальные (низкие) напряжения. ТАН имеют четыре вида принципиальных электрических схем. Ряд напряжений на вторичных анодных обмотках следующий: 12,6; 13; 16; 20; 24; 25; 28; 35; 40; 56; 80; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 335 В.

В) Анодные (ТА), позволяющие снять большие напряжения со вторичных обмоток: 6, 10, 12, 14, 20, 25, 28, 35, 40, 56, 80, 112, 125, 140, 160, 200, 224, 250, 280, 315 и 355 В. ТА имеют четыре вида электрических принципиальных схем. Параллельное соединение допускается только для тех обмоток, напряжения на зажимах которых одинаковы.

Д) Для питания устройств на полупроводниковых приборах (ТПП), которые в основном используются для низковольтных модулей. В зависимости от типономинала, ТПП имеют различное число видов электрических принципиальных схем и различное число вторичных обмоток. Напряжения на вторичных обмотках составляют ряд дискретных значений в диапазонах 0,34–0,75 В; 1,25–5 В; а также 10 В и 20 В.

В качестве примера ниже приведён фрагмент возможного изложения в ПЗ раздела по составлению и расчёту электрических схем проектируемого устройства.

Например. 2.2 Аналоговый преобразователь “напряжение – временной интервал”

Согласно рисунка 1.5, в схему преобразователя входят переключатель SW1, компаратор, формирователь линейного напряжения, ключ SW2 и входной инвертор.