Генератор микросхемы DA₂ (К1005ХА8Б) выдает напряжение 0.9В, а кварцевый генератор на инверторах генерирует с амплитудой сигнала до 12В. Но так как максимальное входное напряжение микросхемы К174ПС4 составляет 500мВ, то на ее входах X1 и Y1 ставим резистивные делители R₃₄, R₃₆ и R₄₇, R₄₈. Сопротивление нагрузки генератора микросхемы К1005ХА8 должно быть не менее 10кОм, поэтому берем резистор R₃₆=10кОм, тип МЛТ-0.125. Тогда сопротивление резистора R₃₄ можно взять 51кОм, тип МЛТ-0.125. Напряжение кварцевого генератора надо ослабить приблизительно в 50 раз, поэтому ставим резистор R48=1кОм, тип МЛТ-0.125, и резистор R47=51кОм, тип МЛТ-0.125.

     В цепи обратной связи (выводы 10 и 12) ставим резисторы и конденсатор с  рекомендуемыми номиналами [25]: резисторы  R₄₄=R₄₅=510Ом, тип МЛТ-0.25 и и конденсатор С₂₂=220пФ, тип КМ-5а-М75-50В.

     На  выходе преобразователя частоты  ставим параллельный LC-контур, настроенный на частоту суммарного колебания 10.1МГц. Зададимся средним значением индуктивности подстроечной катушки L1=1мкГн. Тогда из формулы находим

      Ф=220пФ, тип  КМ-6б-Н90-25В. 

2.3.7. Второй преобразователь  частоты

     Как и первый, этот преобразователь частоты  реализуем на на микросхеме DA₇, тип К174ПС4 (рис. 2.11). Номиналы навесных элементов такие же, как и в первом преобразователе, описанном в пункте 2.3.6, за исключением номиналов подстроечной катушки L₂  и конденсатора С₃₆. Контур, образованный данными индуктивностью и емкостью, настроен на разностную частоту 100кГц (на входе Х1 сигнал с частотой 10.1МГц, а на входе Y1— 10МГц). Зададимся индуктивностью L₂=10мкГн. Тогда емкость конденсатора

      Ф=0.22мкФ, тип КМ-6б-Н90-25В.

     На  выходе смсителя ставим разделительный конденсатор С₃₅=0.1мкФ, тип КМ-6а-Н90-25В.

Рис. 2.11. Второй преобразователь частоты. 

2.3.8. Частотно-импульсный  детектор

     Частотно-импульсный детектор предназначен для демодуляции ЧМ-сигнала с несущей частотой 100кГц. Применение такого вида детектора объясняется необходимостью детектирования сигнала с наименьшими погрешностями, а частотно-импульсный детектор обладает линейной зависимостью выходного напряжения от частоты входного сигнала.

     Импульсный  ЧД имеет два входа (рис.2.12). На вход 1 подается ЧМ-сигнал, а на вход 2—  опорное колебание. В качестве опорного колебания 

 

     

Рис.2.12. Частотно-импульсный детектор.

 

используем  колебание частоты 100кГц, генерируемое кварцевым генератором на инверторах, описанным в пункте 2.3.4. На микросхемах DA_2.1, DA_2.2 (тип КР1040УД1) собраны триггеры Шмитта. Совместно с инверторами DD_1.1 и DD_1.2 (тип К561ЛН2) они образуют устройства формирования, преобразующие аналоговый сигнал в импульсное напряжение. В триггерах Шмитта гистерезис переключения должен быть порядка 100мВ. Для триггера Шмитта на DA_2.1 гистерезис переключения равен:

      ;

      ;

      .

     Примем  сопротивление резистора R₇=1кОм, тип МЛТ-0.125. Тогда

      кОм. Возьмем  ближайший номинал R₆=200кОм, тип МЛТ-0.125.

     Параллельно резистору R₆ поставим емкость С₂=47пФ,тип КМ-6а-75М, которая, не снижая существенно быстродействия, защищает схему от паразитных импульсов, возникающих при пересечении входным сигналом порогового уровня.

     Так как оба триггера Шмитта идентичны, то R₈=R₆=200кОм, тип МЛТ-0.125, R₉=R₇=1кОм, тип МЛТ-0.125, С₃=С₂=47пФ, тип КМ-5а-М75.

     Между триггерами Шмитта и инверторами  DD_1.1, DD_1.2 ставим ограничивающие резисторы R₁₁=R₁₂=1кОм, тип МЛТ-0.125.

     С устройств формирования импульсы  подаются на делители частоты DD_2.1 и DD_2.2, выполненные на счетчике К561ИЕ10. Коэффициент деления счетчика равен DD_2.1 n, а счетчика DD_2.2— m. Импульсы с выхода DD_2.1 имеют период следования , где f₁— частота сигнала на первом входе ЧД. После дифференцирования цепью С₄, R₁₇ и одностороннего ограничения диодом VD₁ импульсы подаются на вход S асинхронного RS-триггера DD₃ (микросхема К561ТР2). Делитель DD_2.2 работает в старт-стопном режиме. При появлении напряжения логической “1” на выходе триггера DD₃ при действии импульса с выхода дифференцирующей цепочки С₄, R₁₇ счетчик DD_2.2 открывается по входу обнуления R и начинает считать импульсы частоты f₂ (частота опорного колебания на втором входе детектора). При приходе m-го импульса через время   на выходе счетчика DD_2.2 появляется напряжение логической “1”, которое, воздействуя на вход R триггера DD₃, переводит его в состояние “0”, после чего счетчик DD_2.2 обнуляется и запирается по входу R. Каждый импульс с выходов счетчиков DD_2.1 или DD_2.2 переводит триггер из одного состояния в другое. Из условия [14] находим значения m и n. Так как в нашем случае f₁»f₂, то выбираем m=4 и n=2.

     Рассчитаем  дифференцирующую цепочку R₁₇, C₄ с ограничительным диодом VD₁. Возьмем универсальный диод КД521А. Постоянная времени дифференцирования t_дифф по сравнению с частотой следования импульсов Т должна быть: с. Примем t_дифф =10^-6с. Так как сопротивление резистора R₁₇ должно быть сравнимым с обратным сопротивлением диода VD₁, то примем R₁₇=100кОм, тип МЛТ-0.125. Тогда емкость Ф=10пФ, тип конденсатора КТ-2а-М33-500В.

     Выходное  напряжение триггера прикладывается к преобразователю уровня, который должен исключить постоянную составляющую этого напряжения. Это обеспечивается с помощью коммутатора полярности, собранного на операционном усилителе DA₅, тип КР1040УД1, полевом транзисторе VT₁, тип КП303А, и резисторах R₁₉=R₂₀=R₂₁=10кОм, тип МЛТ-0.125. Напряжение на выходе коммутатора полярности будет:

          .

     Из  выходного напряжения коммутатора  полярности надо получить низкочастотную составляющую, для чего на его выходе ставим интегратор на элементах DA_3.1, тип КР1040УД1, R₅, и C₁. Постоянная времени интегрирования t_и должна быть намного больше периода входных импульсов и намного меньше периода значащей высокочастотной составляющей сфигмосигнала: 2×10^-5<<t_и <<1/30. Примем t_и =10^-4с. Выберем резистор R₅=10кОм, тип МЛТ-0.125. Следовательно, емкость Ф=0.01мкФ, тип конденсатора КМ-5а-Н90-25В.

     После инвертирующего интегратора ставим инвертирующий усилитель с коэффициентом  усиления К=2. Усилитель собран на микросхеме DA_3.2, тип КР1040УД1, и резисторах R₁₃,=10кОм и R₁₅=20кОм, тип МЛТ-0.125. В усилителе делаем балансировку с помощью резисторов R₁₀=R₁₆=100кОм, тип МЛТ-0.125, и R₁₄=100кОм, тип СП3-45а-0.5. 

2.3.9. Усилитель на входе  частотного детектора

     На  первом входе частотного детектора  необходимо поставить усилитель. Его  коэффициент усиления определяется из следующих соображений. Гистерезис триггера Шмитта в схеме составляет 100мВ. Для быстрого переключения триггера на него необходимо подавать напряжение на порядок больше напряжения гистерезиса, т.е. порядка 1В. Напряжение на входе первого перемножителя сигналов составляет ~160мВ. После двух перемножителей напряжение уменьшается на 20дБ (до 1.6мВ). Следовательно, коэффициент усиления должен быть или больше. Из расчетов видно, что необходимо ставиь два усилителя (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Усилитель на входе частотного детектора. 

     Усилители реализуем на DA_1.1 и DA_1.2,тип КР1040УД1. Оба усилителя сделаем с коэффициентами усиления 50. Выберем R₁= R₃=2кОм, тип МЛТ-0.125. Тогда R₂= R₄=2×50=100кОм, тип МЛТ-0.125. 

2.3.10. Аналого-цифровой  преобразователь

     Для преобразования аналогового сигнала  в цифровую форму используем микросхему АЦП DA₄, тип К1113ПВ1 (рис. 1.13), имеющую следующие характеристики [22]. Она выполнена как функционально законченный, совместимый с микропроцессорами, работающими с ТТЛ-уровнями, АЦП последовательного приближения. АЦП имеет внутренний источник опорного напряжения, тактовый генератор и компаратор напряжения. для включения АЦП требуются источники питания и формирователь преобразования. Микросхема имеет выходные устройства с тремя состояниями, что упрощает его сопряжение с шиной данных микропроцессора. Несколько АЦП могут обслуживать один микропроцессор, и  наоборот. Режим работы микросхемы в микропроцессорной системе определяется управляющими импульсами от микропроцессора. При поступлении на вход «Гашение и преобразование» микросхемы К1113ПВ1 уровня лог. 0 АЦП начинает преобразование входной информации. Через время, необходимое для преобразования, на выходе АЦП «Готовность данных» появляется сигнал с уровнем лог. 1, запрашивающий вывод данных с АЦП на шину данных системы. Приняв данные в системную магистраль, МП устанавливает на входе «Гашение и преобразование» АЦП уровень лог. 1, который «гасит» информацию, содержащуюся в регистре последовательного приближения, и АЦП снова готов к приему и обработке входных данных.

Рис. 2.13. Аналого-цифровой преобразователь.

       Аналого-цифровой преобразователь  может обрабатывать входную информацию  в виде однополярного аналогового  напряжения до 10.24В и двухполярного ±5.12В. При включении АЦП в двухполярном режиме вывод 15 (управление сдвигом нуля) должен быть открыт, а в однополярном режиме его необходимо соединить с выводом 16 «цифровая земля». Микросхема К1113ПВ1 допускает предварительную установку напряжения смещения нуля. В зависимости от точности регулирования и диапазона необходимой шкалы входного напряжения применяются различные варианты схем регулирования напряжения смещения. Так, при максимальном диапазоне входного сигнала U_вх=10.24В регулировку напряжения смещения проводят переменным 100¸200Ом, подключенным между источником сигнала и аналоговым входом 13, а для достижения точности ±1/2 единицы МЗР— переменным резистором 5¸50Ом, подключенным с вывода 14 («аналоговая земля») на «корпус».

     В разработанной схеме устройства сфигмометрии входной аналоговый сигнал двухполярный, следовательно, на входе  резистор ставить не нужно. А в цепи аналоговой земли поставим подстроечный резистор R₁₈=51Ом, тип СП3-38а-0.125.

 

3. Особенности конструкции  и технологии настройки

измерительного  блока устройства сфигмометрии 

3.1.  Конструкция измерительного  блока устройства

сфигмометрии

     При проектировании современной радиоэлектронной аппаратуры, схемы которой построены с использованием ИС, применяют в основном три варианта конструкций блоков: книжный, разъемный, кассетный [29, 30].

     Книжный вариант конструкции моноблока (устройства)—  это пакет функциональных узлов в виде печатных плат, шарнирно соединенных между собой. Электрическое соединение узлов в таком моноблоке осуществляется с использованием объединительной платы гибкими печатными, тканными или опрессованными кабелями, а также объемными проводниками. Конструкция книжного варианта моноблока достаточно сложна, но позволяет получить высокое значение коэффициента заполнения. Книжный вариант конструкции обеспечивает свободный доступ к ИС и микросборкам, навесным элементам и монтажным электрическим соединениям, находящимся во включенном состоянии.