Разработка генератора сигналов на цифровых микросхемах

Введение Ускорение научно-тех нического прогресса, развитие автоматизации процессов производства тр ебует постоянного совершенствования систем сбора и переработки информ ации .Наиболее успешно это решается при выполнении операций с величинам и , представленными в дискретном (цифровом ) виде . К основным преимуществам обработки дискретной информации следует отне сти высокую точность, большое быстродействие и хорошую помехозащищенн ость, в чем немалую роль сыграл опыт разработки средств цифровой вычисли тельной техники. Последнее относится не только к результатам, полученны м на выходе цифровых приборов, но и ко многим узлам собственно аналого-ци фровых преобразователей (АЦП), представля ющих типичные элементы и устройства ЭВМ. Следует отметить также и то, что в настоящее время в связи со снижением ст оимости элементов и узлов цифровой и вычислительной техники наметилас ь тенденция ещё более широкого введения этих элементов в состав измерит ельных устройств с цифровым выходом, вплоть до применения процессоров, у стройств отображения и т.п. Положительные свойства с многодекадным цифр овым отсчетом известны давно и в случаях, когда необходима высокая точно сть измерения при большом линейном диапазоне, применялись приборы подо бного типа ( например, мосты и компенсаторы постоянного тока ). При этом, од нако, логические операции в измерительном процессе выполнялись операт ором. Современные цифровые приборы отличаются большой степенью автоматизац ии измерительного процесса, высоким быстродействием и удобством перед ачи результатов измерения на расстоянии, что особенно важно при непосре дственной передаче информации в ЭВМ, рабо тающие в режиме реального масштаба времени, например, в системе автомати ческого управления технологическим процессом. Автоматические цифровые приборы также широко применяют при выпо лнении лабораторных и цеховых измерений с участием оператора; при этом п овышается удобство и производительность измерений, а также исключается субъективная погрешность отсчета, связа нная с использованием стрелочных приборов. В настоящее время наи более распространен цифровые приборы для измерения таких электрически х величин, как напряжение, ток, сопротивление, частота, фаза, период, длите льность импульсов и т.д. В данной дипломником проекте основное внимание уделено наиболее проверенным вариантом электронных цифровых приборов , выпускающимся серийно или отвечающим требованиям к серийному выпуску . К подобным требованиям, в первую очередь, относится отсутствие в состав е комплектующих изделий элементов, требующих индивидуального подбора, технологичность конструкции, удобство эксплуатации. Аналитическая часть Общие вопросы проектирования электронных цифровых приборов . 1.1 Классификация цифровых приборов . Правильно составленн ая классификация облегчает изучение тех или иных предметов и, более того , в ряде случаев направляет исследователя на создание новых устройств, с войства которых не были известны. К настоящему моменту имеется значител ьное количество предложений по классификации цифровых приборов, котор ые отражают разные этапы развития цифровой измерительной техники и раз личный подход к выбору основных классификационных признаков. Рассматр иваемая классификация основана на некоторых признаках, представляющих интерес для пользователя цифровых приборов, и охватывает практически в се известные типы электронных цифровых измерительных устройств. Как показано на структурной схеме (рис.1.1) цифровой измерительный прибор состоит из АЦП и устройства цифров ой индикации УИ. Если нет необходимости в визуальном контроле результат ов измерения, АЦП применяют как самостоятельное устройство, обеспечива ющее на своем выходе выдачу результатов измерения в коде, удобном для вв ода в ЭВМ. Назначение узлов АЦП следующее. Во входном преобразователе ПР1 аналогов ая величина преобразовывается из одного вида в другой (А1-А2); например, зде сь производится масштабирование входного сигнала, преобразование напр яжения, сопротивления, емкости и других величин в постоянное напряжение . В этом же узле осуществляется как это требуется в некоторых типах АЦП, пр едварительная дискретизация по времени, при которой с помощью специаль ных схем выборки непрерывный сигнал превращается в последовательность импульсов, величина которых соответствует уровню непрерывного сигнал а в определенные моменты времени. Собственно преобразование аналогово й величины в код (А2-К1) выполняется преобразователем аналог-код ПР2. Однако, если на выходе этого преобразователя код, например, отраженный неудобен для дальнейшего использования, то в таком случае применяют дополнитель ный преобразователь ПР3, который служит для получения кода К2; последний п оступает на вход АЦП или на УИ. Согласованную работу узлов обеспечивают сигналы устройства управления УУ. В зависимости от назначения и принцип а действия приборов иногда совмещают функции отдельных узлов или исклю чают их. На основании особенностей работы узлов АЦП выбраны следующие кл ассификационные признаки. Основную функцию АЦП выполняет преобразователь аналог-код; поэтому в ка честве первого классификационного признака выбран способ формировани я разрядов в процессе преобразования аналоговой величины в код. Наиболь шее распространение в АЦП получили временной и пространственный спосо бы формирования разрядов. Аналого-цифровые преобразователи с пространственным способом формиро вания разрядов позволяют определить все разряды кода одновременно. Циф ровой код передается по много проводной (по числу разрядов) линии связи. К роме таких АЦП поразрядного кодирования с параллельной (одновременной) отработкой разрядов к данному типу преобразователей относят специальн ые АЦП пространственного кодирования. Эти устройства содержат диск или маску с кодовым рисунком; дискриминаторы, позволяющие установить в кажд ом из разрядов 1 или 0, и устройства считывания. Кодовый рисунок на диске ил и маске соответствует выбранному коду. Как правило, используют отраженный код (например код Грея), позволяющий с низить ошибку неоднозначности до единицы младшего разряда в то время, ка к при позиционном двоичном коде ошибка может достигать 50% максимального значения. При временном способе разряды цифрового кода образуются последователь но один за другим и в таком же порядке поступают по однопроводной линии в следующие узлы прибора. К таким АЦП относят устройства с время - импульсн ым преобразованием, в которых постоянное напряжение преобразуется в пр опорциональный ему временной интервал, а затем с помощью измерителя инт ервалов в цифровой код, так что к моменту окончания временного интервала завершается отработка последнего разряда; а также АЦП поразрядного код ирования с последовательной отработкой разрядов. В электромеханических АЦП маска или диск смещаются пропорционально пр еобразуемой аналоговой величине относительно неподвижного устройств а считывания; в электронных - маска неподвижна, а плоский считывающий луч электронно-лучевой трубки, смещается. Некоторое распространение получ или электромеханические АЦП, используемые в преобразователях угол-код [17]. АЦП пространственного кодирования, основанные на применении кодирую щей электронно-лучевой трубки, с помощью которых можно добиться высоког о быстродействия, из-за значительных трудностей при разработке узлов пр ибора распространения не получили. Электронный вариант пространственн ого АЦП, включающий 2 n -1 схем сравнения, на выходы которых подается исследуемое напряжение и напряжения от 2 n -1 источников опорных сигналов (делителей напряжения ), отличающихся от соседних по уровню на 1 квант, обеспечивает д лительность преобразования, равную времени срабатывания одной схемы с равнения и дешифратора. При выборе прибора по способу формирования разрядов учитывают, что в дан ном случае является более важным -экономия оборудования или выигрыш во в ремени. Для решения компромисса между требованиями быстродействия и эк ономии оборудования разработаны АЦП со смешанным пространственно-врем енным способом формирования кода. При этом весь код делится на группы ра зрядов, которые формируются одновременно с пространственным разделени ем; обработку групп производят последовательно по определенному време нному графику. Вторым классификационным признаком, во многом определяющим структуру и свойства АЦП, является тип выбранного кода. Двоичный код применяют , как правило, в АЦП поразрядного кодирования с временным разделением ра зрядов. Единичный код (здесь и меется в виду та модификация единичного кода, когда число представляетс я пакетом единиц, изолированных паузами) применяют в таких широко распро страненных АЦП с временным разделением разрядов, как время -импульсный ( где с помощью последовательности счетных импульсов измеряется временн ой интервал) или частотно-импульсный (где аналоговая величина - частота, п редставленный последовательностью импульсов - преобразуется в число п ри прохождении на счетчик в течение калиброванного временного интерва ла). Если единичный код применяют в АЦП с пространственным разделением разр ядов, то во всех каналах имеются независимые образцовые напряжения, отли чающиеся друг от друга на один квант, отработка всего кода осуществляетс я без распространения от разряда к разряду. Этот метод преобразования называют иногда методом считывания. Дальней шее преобразование единичного кода в код, удобный для наблюдения или обр аботки в ЭВМ, требует дополнительного оборудования. Двоично-десятичный код используют в цифровых приборах с временным разд елением разрядов, где с помощью несложного дешифратора тетроды с двоичн ой организацией достаточно просто обеспечивают отсчет в десятичном ко де. Отраженный код, в частности код Грея, чаще всего используют при простран ственном разделении разрядов, благодаря чему обеспечивается быстрое о бразование кода, что важно в режиме сложения за непрерывно изменяющимся входным сигналом. Действительно, при изменении входного сигнала на одну градацию в показании происходит замена только в одном разряде и быстро - действие определяется задержкой в одном нуль - органе. Коды избыточностью например, двоичный с цифрами 1, 0, 1 и другие специальные коды применяют иногда для уменьшения динамических погрешностей из -за п ереходных процессов, защиты от одиночных сбоев в АЦП с временным разделе нием разрядов. В АЦП со смешанным пространственно-временным способом формирования ра зрядов возможно одновременное использование различных кодов. Так, в инт егрирующих цифровых вольтметрах типа НР-3460 А и TR6567[37] отрабатывается код дву мя группами разрядов с помощью единичного кодирования, а связь между гр уппами выполняется с десятичным масштабированием. Существуют и другие комбинации кодов в сочетании с временным и пространственным способами разделения разрядов. Третий классификационный признак связан с функцией входного преобразо вателя аналоговых величин (ПР1); преобразуемая величина представляется в следующие узлы АЦП своим мгновенным или интегральным значением. Определение мгновенного значения сигнала связано с некоторым искажени ем результата измерения вследствие ограниченности быстродействия АЦП и крутых перепадов уровня сигнала. Для уменьшения искажения используют стробирующее устройство - фиксатор, служащий для запоминания мгновенно го значения сигнала и привязки его к определенному моменту. Однако и в эт ом случае невозможно избавится полностью от некоторого паразитного ус реднения и погрешности измерения, определяемой недостаточно совершенн ым и быстродействующим фиксатором а также характером сигнала. В преобразователях интегральных значений на входной узел прибора ПР1 во злагают функции усреднения (выделения постоянной составляющей сигнала или подавления помехи переменного тока), определения среднего, среднего квадратического или амплитудного значения тока или напряжения, преобр азование активного или реактивного сопротивления в напряжение постоян ного тока и т.п. Наконец, в зависимости от способа организации процесса преобразования, который реализуется в УУ, различают АЦП циклического и следящего действ ия (четвертый классификационный признак ). В приборах циклического действия отдельные этапы преобразования выпол няются по жесткой программе, например: сброс предыдущего показания, вклю чение входного сигнала или выборка его текущего значения, собственно из мерение или заполнение счетного узла, установка показаний в индикаторн ом устройстве и выдача сигналов на регистратор ил ЭВМ. Частота повторени й циклов преобразования (частота дискретизаций) задается специальным с инхронизатором, имеющимся в приборе, или синхронизирующими сигналами, п оступающими извне. Снятие показания в приборах циклического действия д опускается лишь во время определенного такта, так называемого времени и ндикации. В приборах, имеющих специальные регистры памяти в отсчетном ус тройстве, показания можно снимать в любое время. АЦП следящего действия переход к следующему преобразованию осуществля ется под воздействием сигналов, вырабатываемых при изменении параметр ов исследуемого сигнала: уровня сигнала на величину, превышающую порог ч увствительности прибора; длительности периода на величину больше един ицы квантования и др. Показания прибора все время готовы к снятию и перед аче в другие устройства канала. Подобным свойством обладает также АЦП с пространственным разделением разрядов, являющиеся модификацией следя щих приборов. Здесь сложение идет за всем уровнем сигнала; отдельный узе л управления АЦП при этом на требуется. Приборы следящего действия можно отнести к устройствам адаптивной дис кретизации, поскольку частота преобразований или частота корректирова ния кода подстраивается по характеру сигнала. Принципиально адаптивну ю дискретизацию можно реализовать и в приборах циклического действия. П ри этом например, частота повторения циклов устанавливается автоматич ески по данным соседних измерений. Общие сведения цифровых микросхемах. С хе мотехническая реализация всего многообразия цифровых ИС осуществляет ся на основе логических элементов (Л.Э.), которые представляют собой логич еские электронные схемы, выполняющие элементарные логические функции ( конъюнкцию, дизъюнкцию, инверсию, запоминание и др.) При проектировании ЭВМ и ЦИП используется та или иная система ЛЭ, отвеча ющая требованиям функциональной полноты и обеспечивающая техническую реализацию достаточно сложных логических цепей, согласованность уровн ей входных и выходных сигналов, общность эксплуатационных свойств, типи зацию функциональных схем и конструкций ЦИП и ЭВМ. Существует большое разнообразие систем логических элементов в зависи мости от типа логической схемы (диодно-транзисторная логика, транзистор но-транзисторная логика, эмиттерно-связанная логика и др.), физических пр инципов построения активных приборов (биполярные полевые, тоннельные), о т типа информационных сигналов (потенциальные, импульсные, импульсно - п отенциальные ), от способа передачи информации от одного ЛЭ к другому (син хронные, асинхронные). Однако несмотря на все это, ЛЭ характеризуется нек оторыми общими свойствами и параметрами, выделяющими их в самостоятель ный класс электронных схем, работающих по качественному признаку да - не т. 1.1 Особенности работ ы логических элементов В логических схемах Э ВМ и ЦИП информация, представленная двоичными сигналами «0» и «1», много кр атно преобразуясь и разветвляясь проходит последовательно по длине це почки ЛЭ каждый из которых нагружен на n подобных ЛЭ и имеет m информационн ых входов (рис. 1.1.). Для нормального функционирования таких сложных логических схем необхо димо чтобы каждый ЛЭ без ошибочно выполнял свои функции при самых различ ных комбинациях нагрузок на входе и выходе, независимо от положения в ло гической цепи и длины межэлементных связей. При этом должно быть обеспеч ено не искаженная логическое преобразование двоичной информации, в то в ремя как искажения формы и уровней выходных сигналов существенного зна чения не имеют, если эти искажения находятся в пределах зон отображения ( разброса) уровней двоичных сигналов «0» и «1» и не приводят к потери информ ации или сбоям в работе последующих ЛЭ. Сложность логических схем и множества сочетаний входных сигналов и нагрузок не позволяют рас считывать на индивидуальное согласование и регулировки ЛЭ в процессе и зготовления, наладки и эксплуатации ЭВМ и ЦИП. В связи с этим для обеспече ния работоспособности ЦИП и ЭВМ необходимо, чтобы ЛЭ обладали следующим и фундаментальными свойствами. 1.2. Совместимость вхо дных и выходных сигналов. В логических элемент ах ЦИП соединены так, чтобы выход каждого элемента работал на один или не сколько входов других элементов, в том числе и на свои собственные входы. Для формального функционирование таких цепей должно быть обеспечена с овместимость уровней сигналов «0» и «1» по входам и выходам, т.е. соответст вующее уровни напряжений логических сигналов должны лежат в зоне отобр ажения «0» и «1» (рис.1.2.). Только в этом случае возможно непосредственная раб ота одного ЛЭ на другие ЛЭ без применения специальных элементов для согл асования уровней сигналов. 1.3. Нагрузочная спосо бность ЛЭ. Для построения разветв ленных логических цепей и необходимо, чтобы каждый ЛЭ обладал определен ной нагрузочной способностью по входу и выходу, т.е. мог работать по неско льким логическим входам и одновременно управлять несколькими входами других ЛЭ (рис.1.1.) Нагрузочную способность ЛЭ принято выражать коэффициентом разветв ления по выходу (К раз) и коэффициентом объединения по входу (К об).Под коэф фициентом разветвления по выходу понимают наибольшее число входов ЛЭ, к оторые можно подключить к выходу данного ЛЭ не вызывая искажений формы и амплитуда сигнала ,выходящих заграницы зон отображения «0» и»1». Коэффиц иент объединения по входу равен допустимому числу входов ЛЭ. В логически х схемах ЭВМ и ЦИП среднее значение коэффициентов разветвления и объеди нения примерно равны и составляют 2-4. Следует отметить, что со стороны входа каждый ЛЭ представляет собой нелинейную нагрузку, хара ктер и значение которой определяется комбинацией и значением сигналов на других входах этого же элемента и разбросан параметров схемы ЛЭ. Кром е того, в реальной логической схеме каждый ЛЭ может быть нагружен на разн ое число других ЛЭ и соединен с ними линиями связи различной длины и конф игурации. В результате условия работы ЛЭ в различных схемах ЭВМ могут су щественно отличатся, что не должно, однако , приводит к нарушению их функц ионирования. 1.4 Квантование (форми рование ) сигналов. В логических схемах Э ВМ и ЦИП информационные сигналы проходят последовательно по длинной це почке ЛЭ. Для нормального функционирования логических схем необходимо, чтобы сигнал, проходя через каждый ЛЭ имел некоторые стандартные амплит удные и временные параметры (амплитуды, длительность фронтов) и существе нно не изменял их. Для этого требуется чтобы ЛЭ обладали определенными ф ормирующими свойствами. Сигнал, устанавливающейся при прохождении в це пи ЛЭ, называется стандартным или асимптотическим. Понятие асимптотиче ского сигнала было в первые введено В.К. Левиным. [5]. Наиболее полно формир ующие свойства ЛЭ определяются амплитудной передаточной характеристи кой U вых =f(U вх ) (рис.1.3). Рассмотрим процесс квантования сигналов на примере цепочки не инверт ирующих ЛЭ (рис.1.3.а). Точка А соответствует асимптотическому нижнему уров ню сигнала («0»), а точка В- асимптотическому верхнему уровню сигнала («1»). Т очка К разграничивает две области сигналов, с амплитудой U вх меньше порога квантования U кв и с амплитудой U d[ ,jkmit Г кв . Сигнал с амплитудой U вх U кв - к верхнему уровню (точка В) (рис1.4). Соотве тственно сигналы с амплитудой больше U кв усиливаются в цепочке ЛЭ до стандартного сигнала. Таким образом, п ри распространении по цепочке ЛЭ входной сигнал с амплитудой ниже или вы ше порога квантования U кв асимптотиче ски приближается к одному из уровней двоичного сигнала («0» или «1»), т.е. ква нтуется. Реальное квантование стандартного сигнала происходит достаточно быс тро (цепочка из одного -трех ЛЭ). Чем больше нелинейность амплитудной пере даточной характеристики каждого ЛЭ, тем быстрее квантуется входной сиг нал. При проектировании логических схем ЭВМ и ЦИП важно обеспечить минимал ьный разброс амплитудных передаточных характеристик ЛЭ при изменении окружающей температуры и напряжений питания, чтобы избежать появления вне сигналов нестандартной формы и сбоев. Разброс амплитудных передато чных характеристик ЛЭ однозначно определяет зоны отображения уровней сигналов»0» и «1» и допустимой уровень помех в логических цепях. Работоспособность в широкой области допусков на параметры . Требование работоспособности ЛЭ в широкой области допусков на параме тры определяется прежде всего требованиями высокой надежности и взаим озаменяемости однотипных логических элементов в ЭВМ. Большое число одн овременно работающих в ЭВМ ЛЭ (до 1000 ч и более) при колебаниях окружающей те мпературы и напряжения питания, а также при наличии разброса параметров и строения элементов- все это требует достаточно большой области допуст имых отклонений параметров ЛЭ, т.е. большой области их работоспособности . Условия работоспособности ЛЭ определяются обычно уравнениями вида: У i=f i (x 1 ,x 2 ,x 3 ...x n) >< Y i где х 1, х 2 ,х 3 ...х n - параметры компонента, источников питания и нагрузки ЛЭ; у i - параметры логического элемента; У i нормы, определяющие допустимую гра ницу изменения параметров ЛЭ. Совокупность этих условий описывает n- мерную область допустимых откло нений параметров. Любая точка области соответствует работоспособному состоянию ЛЭ, любая точка вне этой области соответствует неработоспосо бному состоянию ЛЭ. Область работоспособности рассчитывается вероятностному методами п о параметрам распределения допусков, либо методом наихудших сочетаний параметров и проверяется обычно экспериментально. Количественное иссл едование этой области и оценка степени влияния на ее размеры различных п араметров ЛЭ, окружающей температуры и напряжения питания являются одн им из наиболее важных этапов проектирования ЛЭ и ЭВМ в целом. Применительно к интегральным схемам задача проектирования ЛЭ сводит ся по существу к отысканию оптимальных значений параметров их компонен тов, обеспечивающих получение наилучших выходных параметров и характе ристик ЛЭ (быстродействие, нагрузочная способность, энергия переключен ия и.т.п) при заданных допусках на параметры компонентов ИС отклонениях т емпературы окружающей среды и напряжений питания. Это обусловлено тем ч то, параметры распределения допусков на компоненты ИС определяется тех нологией и технологическим оборудованием и нельзя проводить отбор отд ельных компонентов ИС по допуска, как это имело место в схемах дискретны х электорадиоэлементах в ЭВМ третьего поколения. Разработка генератор а на цифровых микросхемах . Для проверки и настро йки цифровых интегральных микросхемах транзисторно-транзисторной лог ики (ТТЛ) требуются генераторы прямоугольных импульсов. Ниже описываетс я генератор импульсов, выполненный всего на десяти микросхемах широко р аспространенной серии 155 и обладающий большими функциональными возможн остями. Изготовление и наладка его доступны специалистам средней квали фикации. Принципиальная схема генератора приведена на рис 1.а структурная на ри с.2. Генератор имеет два отдельных канала, формирования импульсов с общим задающим генератором. Импульсы, у которых параметры (длительность, поляр ность, сдвиг относительно задающей частоты) регулируются отдельно по ка ждому каналу, снимаются с разных выходов:»Выход канала 1»-гнездо Х4 «Выход канала 2»-гнездо Х5. Кроме того, имеется «общий выход-гнездо Х6, на который мо гут подаваться с помощью коммутатора импульсы с любого канала порознь и ли вместе. В последнем случае происходит сложение импульсов обеих канал ов и имеется возможность получать парные (сдвоенные) импульсы желаемой к онфигурации. Частота генерируемых импульсов лежит в диапазоне от 20 Гц до 150 кГц, а их длительность -от 1 до 100 мкс. Сдвиг выходных импульсов осуществля ется в пределах 95% длительности периода задающей частоты, не более 1 мс. Амплитуда выходных импульсов постоянна и соответствует уровням ТТЛ- л огики. В генераторе предусмотрены возможности внешнего допуска и синхрониз ация генератора разовых импульсов внешними сигналами. Имеется гнездо Х2 выхода задающих импульсов (Выход синхронизации). Сопротивление нагрузк и должно быть не менее 200 Ом. Мощность потребляемая устройством от сети на пряжением 220 В, не превышает 15 Вт. На рис. 3 приведены эпюры напряжений для установившегося режима работы генератора. Рассмотрим работы генератора. Импульсы прямоугольной формы поступаю т с задающего генератора 1(рис.2) на вход первого формирователя 2, а с него вх од второго формирователя 3. Длительность выходных импульсов формироват елей 2 и3 постоянна и не зависит от длительности входных импульсов. Эти одн овибратор вырабатывают отрицательные импульсы длительностью 0,5 мкс на к аждый положительный период напряжения на их входах. Такие импульсы в точ ке Д необходимы для обеспечения устойчивой работы одновибраторов 4 и 8, вх одные импульсы которых должны быть короче выходных. Регулируемые одновибраторы 4 и 8 на каждый отрицательный переход напря жения на входе генерирует выходной импульс той же полярности. Импульсы, поступающие с формирователя 2, ограничивают длительность выходных импу льсов одновибраторов 4 и 8 до величины t =Т-0,5 мкс,, где Т-пе риод задающих импульсов с узла 1. Это необходимо, так как при неправильной настройке в процессе эксплуатации (установке длительности импульсов о дновибраторов 4 и 8 больше длительности период Т) генератор начинает рабо тать неустойчиво. Установленные далее формирователи 5 и 9, аналогичны формирователю 2, выра батывают отрицательные импульсы фиксированной длительности на каждый положительный переход напряжения на их входах, т.е. по заднем фронтом имп ульсов одновибраторов 4 и 8 соответственно. По каждому отрицательному переходу на своем входе регулируемые однов ибраторы 6 и 10 генерируют отрицательные импульсы, длительность которых и определяется длительность выходных сигналов генератора. Таким образом , начало выходных импульсов с узлов 6 и 10 совпадает по времени с окончанием отрицательных импульсов с узлов 4 и 8 соответственно. Поэтому изменяя дли тельность последних, можно осуществлять сдвиг импульсов на выходах узл ов 6 и 10, следовательно, на выходе генератора относительно импульсов с зад ающего генератора 1 (импульсов на выходе Х2). Коммутатор 11 осуществляет пропускание (с инвертированием) на вход гене ратора одиночных импульсов 12 импульсов с узлов 6 и 10. Коммутатор может такж е осуществлять логическое суммирование этих сигналов. Узел 12 пропускает либо все сигналы со своего входа на выход (с инвертиро ванием), либо только те, которые поступают на него между двумя импульсами синхронизации после нажатия кнопки S 12 «Разовый импульс». Синхронизация узла 12 может осуществляться как внутренними сигналами (с выход узла 3), так и внешними (с гнезда Х3) «Внешняя синхронизация разовых импульсов») при со ответствующем положении переключателя S10. На всех выходах генератора установлены мощные выходные каскады 7, 13-15 (16-ис точник питания напряжением 5В), Для устранения возможных помех и поводок на плате с микросхемами между плюсом питания и «землей» необходимо установить развязывающие конден саторы- один емкостью 1.0 мкф у разъемов платы и два три непосредственно у м икросхем из расчета по 0,002 мкф на каждую микросхему (С13-С15 на рис.5) Рассмотрим работу отдельных узлов устройства. Задающий генератор 1 собран на логических элементах Д1.1, Д1.2, Д1.3 и транзист оре 1. Задающий генератор может работать в режиме внешнего запуска с гнез да Х1. Но сигналы эти должны соответствовать входным логическим уровням ТТЛ- элементов. В режиме внешнего запуска Цепь обратной связи разрываетс я, а вместо нее вход элемента Д1.1 переключателем S2 подается потенциал логи ческой единицы. При работе устройство в режиме внутреннего запуска имеется возможнос ть внешними сигналами срывать или разрешать (последнее -уровнем логичес кой 1), генерацию импульсов, что иногда бывает необходимо при настройке ло гических устройств. Формирователь 2 собран на логическом элементе Д1.4 (аналогичны формирова тели 5 и 9-на элементах Д1.4 и Д4.3 соответственно). При потенциале логического 0 на выходе формирователя (точка а) на выходе элемента Д1.4 имеется напряжени е ниже порового, а на выходе его (точка в) логическая 1 (рис.4). Когда же напряже ние в точке а изменяется на логическую 1, то этот неположительный переход напряжения проходит через конденсатор С3 и на выходе элемента Д1.4 получае тся логический 0. Конденсатор при этом начнет заряжаться в основном чере з выходное сопротивление элемента Д1.3 и резистор R5, а напряжение в точке б б удет уменьшаться. Когда оно достигнет порога переключения U п элементы Д1.4, последний вернется в исходное сос тояние. При изменении сигнала в точке а на логический 0 конденсатор С3 разряжает ся через выходное сопротивление элемента Д1.3 и диод V2, включенный в прямом направлении. Этот диод служит для ускорения разряда конденсатора С3 и дл я уменьшения отрицательных выбросов напряжения на входе ЛЭ Д1.4 из за прох ождения через конденсатор отрицательных перепадов напряжения с выхода элемента Д1.3. Длительность выходных импульсов формирователя примерно равна t С3 R 5 . Формирователь 3 собран на элементах Д2.1 и Д2.2. Здесь длительность выходног о импульса определяется временем разряда конденсатора С4. При входном си гнале, равном логическому 0 (точка в), конденсатор заряжается через выходн ое сопротивление элемента Д2.1 и резистор R6 (последний ограничивает ток за ряда), и напряжение на входе элемента Д2.2 (точка 2), увеличивается (см. рис.6). Но так как на другом входе этого элемента имеется логический 0, то на выходе е го- логическая 1. При изменении входного сигнала: на одном входе элемента Д 2.2 логическая 1, а на другом напряжение уменьшается по мере разряда конден сатора С4 через выходное сопротивление элемента Д2.1 и резистор R6. Поэтому н а выходе формирователя получается уровень логического 0, который вернет ся к логической 1, как только напряжение на конденсаторе (в точка г) уменьш ается до порога переключения U п логич еского элемента. Длительность выходного импульса примерно равна t =С 4 (R 6 +20), где 20 Ом- выходное сопротивление ТТЛ- элементы при логическом 0 на его выходе. Одновибраторы с транзистором 4 и 8 (см. рис.2) собраны соответственно на эл ементах Д2.3, Д2.4 и Д4.1, Д4.2. Они должны формировать импульсы большой длительнос ти (до 1мс). В них используются эмиттерные повторители на транзисторах КТ315 А (V4 и V7). Рассмотрим работу одновибратора 4. В начальный момент на его входе (точк а д) потенциал логической 1, конденсатор С5 разряжен. На выводе 13 элемента Д 2.4 (точка ж)-логический 0 (напряжение на выводе12 элемента Д2.4 будем считать ра вным логической 1). Когда в точке д установится потенциал логического 0, положительный ска чок напряжения с выхода элемента Д2.3 проходит через конденсатор С5 на базу транзистора V4. На эмиттере транзистора напряжение тоже скачком повышае тся и на выходе одновибратора получается потенциал логического 0, которы й по цепи обратной связи поступает на вход элемента Д2.3 и поддерживает его состояние с логической 1 на выходе и после окончания входного сигнала (с э лемента Д2.2). Конденсатор С5 при этом начинает заряжаться основном через в ыходное сопротивление элемента Д2.3 и резисторы R7, R8,R9. По мере его заряда нап ряжение на базе, и соответственно, эмиттере транзистора уменьшается. Ког да оно в точке ж достигнет порога переключения элемента Д2.1, тот вернется в исходное состояние, а конденсатор начнет разряжаться через выходное с опротивление элемента Д2.3 и диод V3, включенный в прямом направлении. Этот д иод служит для тех же целей, что и диод V2. При длительности выходного импульса одновибратора t і'56 Т (гдеТ- период задающих импульсов, например в точке д) генератор может работать неустойчиво и его выходная частота будет меньше частоты задающего генератора 1. Для устранения примерно за 0,5 мкс до поступления о трицательного импульса на вход одновибратора на вывод 12 элемента Д2.4 пода ется отрицательный импульс с выхода элемента Д1.4 (выход формирователя 2). Е сли t <Т, то этот импульс не влияет на работу у стройства ( та как на другом входе элемента Д2.4 также потенциал логическог о 0); если t і'56 Т то таким сигналом выходной импу льс одновибратора обрезается, элемент Д2.3 устанавливается в положении с логическим 0 на выходе и конденсатор С5 начинает разряжаться. Таким образ ом устраняются возможные сбои генерации из-за неправильной настройки в еличины сдвига импульсов генератора резисторами R8 и R9 (соответственно R16 и R17) при эксплуатации прибора. Одновибраторы 6 и 10 состоят из двух логических элементов д3.2-Д3.3 и Д4.4-Д5.1 соот ветственно и формируют выходной отрицательный импульс, длительность к оторого приближенно определяется формулой t »'bb R С (при 1 мкс Ј'08 t Ј'08 100 мкс), где R=12+R13 ( или R20+R21), а С=С7 или С8. Работа одновибратора поясняется эп юрами напряжений входной импульс должен быть короче выходного. В против ном случае происходит затягивание заднего фронта выходного импульса. С опротивление резисторов невелико, так как падение напряжение на них при отключенном конденсаторе должно быть меньше порога переключения ТТЛ- э лементов. Поэтому для получения больших длительностей выходных импуль сов приходится использовать конденсаторы большой емкости. Чтобы получить выходные импульсы различно полярности, сигналы однови братора могут дополнительно инвертироваться элементом Д3.4 (или Д5.2 для др угого одновибратора), Переключение полярности осуществляется переключ ателями S6,S9. Резисторы R13 и R2` служит для плавной регулировки длительности вы ходных импульсов. Коммутатор 11 выполнен на логическом элементе Д7.1 2И-2ИЛИ-НЕ. Такой элемент обеспечивает инверсное прохождение на его выход входных сигналов при с овпадении по времени положительных сигналов на обоих входах любой вход ной схемы совпадений И. Путем переключения тумблеров S7-канал 1 на общий вы ход и S8 - канал 2 на общий выход на генератор одиночного импульса можно пода вать сигналя любого канала отдельно или вместе. (Проходят сигналы того к анала, тумблер которого подает на вход микросхемы Д7.1 положительный поте нциал.). Генератор одиночных импульсов (ГОИ)12 состоит из трех RS триггеров и трех с хем совпадений и собран на элементах Д5.3, Д5.4, Д9 и Д10. Генератор одиночных имп ульсов имеет два режима работы, а выбор необходимого осуществляется «ту мблером S11». «Общий выход: 1 импульс - «Когда с помощью этого тумблера вывод 3 элемента Д9.2 заземляется, на выходе элемента Д9.2 и, соответственно, на выво де 4 элемента Д10.2 будет высокий логический потенциал. Триггер Тг№ (элемент ы Д5.3 и Д5.4), служащий для устранения нежелательного влияния «дребезга» кон тактов кнопки (т.е. возникновения при ее нажатии пачки импульсов), в исход ный момент находится в единичном состоянии и нулевой потенциал с элемен та Д5.3 и удерживает триггеры Тг1 (элементы Д9.2 и Д9.3 и Тг2) (элементы Д10.3 и Д10.4) также в единичном состоянии. При нажатии кнопки S12 триггер Тг№ изменяет свое со стояние и подает высокий логический потенциал на триггеры Тг1, Тг2 и схему совпадений Д9.1. Пришедший затем положительный импульс синхронизации про йдет только через элемент Д9.1 ( так как на выходе 2 элемента Д10.1 нулевой потен циал триггера Тг1 на нулевое. На вход элемента Д10.2 поступает положительны й потенциал, который разрешит прохождение на выход ГОИ импульсов по шине Н. После этого первый же положительный импульс на этой шине изменит сост ояние триггера Тг2 на нулевое. Импульсы по шине Н будут проходить на выход ГОИ до прихода следующего и мпульса синхронизации, который пройдет через элемент Д10.1 и вернет тригге р Тг1 в исходное 1 состояние. При этом на вывод 4 элемента Д10.2 поступит нулево й потенциал, прекращающий прохождение сигналов с его вывода 5 на выход. В таком состоянии ГОИ будет находиться (независимо от следующих импуль сов синхронизации) до отпускания кнопки «Разовый импульс». Тогда тригге р Тг3 вернется в исходное единичное состояние и вернет в это состояние и т риггер Тг2. Таким образом, на выходе ГОИ после нажатия кнопки и прихода импульса си нхронизации до следующего синхроимпульса будут формироваться одиночн ые импульсы отрицательной полярности, инверсные относительно поступаю щих по шине Н. Мощные выходные каскады представляют собой элементы К1ЛБ557 с открытым к оллектором, сила тока через которые может быть до 40 мА. Источник питания. Принципиальная схема источника приведена на рис.6. Ег о коэффициент стабилизации более 80. При номинальном напряжении сети пул ьсации на выходе источника (при полной нагрузке) не более 5 мВ. При изменен ии напряжения сети на +-20% величина пульсации практически не меняется. Трансформатор Т1 намотан на сердечнике 17х32. Первичная обмотка содержит 1980 витков провода ПЭВ - 1 0,1, вторичная до витков провода ПЭВ-1 0,45. Площадь радиа тора транзистора V7 не менее 100 см 2 . 2. Расчетная часть Исследование инвертора резисторно - транзисторной логики Логика работы инвертора «НЕ» Инвертор (элемент НЕ )р еализует операцию «логическое отрицание» то есть инверсию. Представля ет собой двоичный логический элемент, единица на выходе которого имеет м есто в том случае, если на входе будет нуль. На рис. 2.1 (а) показано усло вное графическое обозначение инвертора на функциональных схемах, где х- вход; у-выход. Инвертор имеет один вход и один выход. Логика работы инверто ра представлена таб.2.1, называемой таблицей состояний или истинности. Логическое уравнение работы инвертора , составленное по таб. 2.1. записывается в виде: у= ` х 2.1 Уравнение (2.1.) характеризует состояние входа и выхода элемента. Например, применительно к табл. Уравнение 2.1 можно пояснить так: «Единица на выходе инвертора будет в том случае, если на входе нуль, и, наоборот, если на входе единица, то на выходе будет нуль. В уравнение (2.1.) черта над х соответствует инверсии, т.е. логическому отрицанию, и уравнение читается так : «игрек рав ен не икс». 2.1. Анализ статического режима Принцип работы На рис. 2.1. (б) приведена в ременная диаграмма работы инвертора положительной логики с положитель ным питанием. Из временной диаграммы следует, что если на вход инвертора поступает положительный сигнал то с выхода снимается отрицательный си гнал (инвертированный). По виду сигналов инверторы бывают импульсные и потенциальные. В потенци альном инверторе на выходе элемента уровень напряжения высокий, если на входе низкий уровень напряжения и наоборот. По полярности логики инверторы бывают положительной и отрицательной л огики. По физической реализации наибольшее распространение получили и нверторы на транзисторах. На рис.2.1.(в) показана принципиальная схема инве ртора на транзисторе типа n-p-n положительной логики с положительным питан ием . 2.2. Методика получения основных статических характеристик Основным статическим характеристикам относятся характеристики: входная, передаточная и вых одная. 2.3. Входная характеристика. Входная характерист ика представляет собой зависимость входного тока от изменения входног о напряжения , т.е. I вх =f (U вх ) На рис.2.2, (а) приведена схе ма для снятия входной характеристики, где R к =1 кОм; R 1 =3 кОм; R 2 =4,3к Ом; U ИП1 =12 В; U ИСМ =-3 В; b min =30; К нас =1,5; U кэнас =0,3 В; I э * =1 мА; при U * БЭ =0,7 В ; U З =-0,3 В; На рис.2.2.(б) показана входная характеристика. Характерная точка 1 . Транзистор Т в режиме отсечки. Счита ем, что U вх1 =U кэ =0,3 В. Определим напряжение U з н а переходе база -эмиттер, пренебрегая током I к0 из коллектора в базу закрытого транзистора: U КЭНАС /R 1 +U ИСМ /R 2 U 3 = ----------------------------- = - 1, 07 В 1/R 1 +1/R 2 ` Тогда I ВХ1 =(U ВХ1 - U 3 ) / = 0,43 мА . Характерная точка 2 . Транзистор Т на границе отсечки, когда U 3 =U ОТС = j т ln (1+ b min =0,089 В Напряжение на входе, обеспечивающее этот режим, определим из соотношени я U ВХ2 /R 1 +U ИС М /R 2 ----------------------------- = U ОТС , 1/R 1 +1/R 2 откуда U ВХ =2, 17 В . Тогда I ВХ2 = (U ВХ2 - U ОТС )/R 1 =0,753 мА . Характерная точка 3 . Ток коллектора I КЗ транзистора Т составляет 0, 1 I К НАС : I КЗ =01 I К НАС =0,1[(U К - U К Э НАС )]=1,17 мА ; а ток базы I БЗ = I КЗ / b min = 39 мкА ; I * Б = I Э /(1+ b min ) = 32 ,2 мкА Тогда U Б Э З =U * БЭ - j т ln (I БЗ /I Б ) = 0,695 В Напряжение на входе, об еспечивающее U БЭЗ , найдем из соотноше ния U ВХ3 /R 1 +U ИС М /R 2 - I БЗ ---- ------------------------ = U БЭЗ , 1/R 1 +1/R 2 откуда U ВХ3 = 3,73 В . Тогда I ВХ3 = (U ВХ3 - U БЭЗ )/ R 1 = 1.01 мА Характерная точка 4. Ток коллектора транзистора Т составляет 0,9 I КНАС : I К4 = 0,9 I КНАС = 10,52 мА, а ток базы I Б4 = I К4 / b min = 351 мкА Тогда U БЭ4 = U * БЭ - j т ln (I * Б /I Б4 ) = 0,762 В Напряжение на входе, об еспечивающее U БЭ4 , определим из соотно шения U ВХ4 /R 1 +U ИС М /R 2 - I Б4 ---------------------------------------------- = U БЭ4 , 1/R 1 +1/R 2 откуда U БЭ4 = 4, 92 В Тогда I ВХ4 = (U ВХ4 - U БЭ4 ) = /R 1 = 1,38 мА Характерная точка 5 . Транзистор на границе насыщения, поэтому I БНАС = I КНАС / b min = 390 мА I * Б Тогда U БНАС = U * БЭ - j т ln ---------- = 0,765 В I БНАС Напряжение на входе, обеспечивающее границу насыщения транзистора, определим из соотношения U ВХ5 /R 1 +U ИС М /R 2 - I БНАС ---------------------------------- = U БЭНАС 1/R 1 +1/R 2 откуда U ВХ5 = 5, 06 В Тогда I ВХ5 = (U ВХ5 - U БЭНАС )/R 1 = 1,43 мА Характерная точка 6. Транзистор в режиме насыщения. Считаем, что на входе нап ряжение U 1 ВХ1 , при К раз =3 U ип1 /R к + К раз U БЭнас /R 1 U ВХ6 = ------------------------------- = 6, 39 В R к +К раз /R 1 Тогда I вх6 = (U вх6 - U БЭнас )/R 1 = 1,87 мА 2.4. Передаточная характеристика Передаточная характе ристика представляет собой зависимость выходного напряжения от входно го напряжения, т.е. U вых = f (U вх ) .Для снятия передаточной характеристики исп ользуем схему , изображенную на рис. 2.1 (а) . На рис 2.1 (в) приведена передаточная характеристика (к раз =3), методику постр оения которой рассмотрим по характерным точкам . Характерная точка 1. Транзистор нахо дится на границе режима отсечки : U = U отс . В этом случае (U вх ) 1 = U вх2 = 2,17 В; (U вых ) 1 = U вх6 = 6,38 В; (здесь и дальше в скобка х обозначены параметры входной характеристики, а без скобок -параметры п ередаточной характеристики). Характерная точка 2. Для транзистора Т ток I к2 = 0,01 I кнас . В этом случае транзисто ры нагрузок насыщены и следовательно, U ип /R к +К раз U БЭнас /R 1 - R к2 (U вых ) 2 = ----------------------------------- = 6,324 В ; 1/R к +К раз /R 1 (I БЭ ) 2 =0,01 I кнас / b min = 3,9 мкА ; I * Б (U БЭ ) 2 =U * БЭ - j т ln --------- = 0,645 В (I Б ) 2 Напряжение на входе, об еспечивающее (U БЭ ) 2 , найдем из соотношения (U вх ) 2 /R 1 +U исм /R 2 - I Б2 ---------------------------- = (U БЭ ) 2 1/R 1 +1/R 2 откуда (U вх ) 2 = 3, 55 В Характерная точка 3. Транзистор Т в активном режиме , тогда ток коллектора транзисторов нагрузок I кн = 0,9 I кнас . В этом случае (U вы х ) 3 = U вх4 = 4,92 В ; (I н ) 3 = 3I вх4 =4,608 мА ; (I RK ) 3 =U ип =(U вых ) 3 /R к =7,08 мА ; (I к ) 3 = (I RK ) 3 - (I H ) 3 = 2, 47 мА ; I * Б =I * Э /(1+ b min ) =32,3 мкА ; (I Б ) 3 = (I к ) 3 =(I к ) 3 / b min = 82, 4 мкА ; I * Б (U БЭ ) 3 = U * БЭ - j т ln ------- = 0,724 В (I Б ) 3 Из выражения (U вх ) 3 /R 1 +U исм /R 2 - (I Б ) 3 ------------------------------- = (U БЭ ) 3 1+/R 1 +1/R 2 найдем (U вх ) 3 = 3,9 В Характерная точка 4. Транзистор Т в активном режиме, ток к оллектора транзисторов нагрузок I кн = 0,1 I кнас . Тогда (U вых ) 4 = U в х3 =3,73 В ; (I н ) 4 =3I в х3 = 3,495 мА; (I RK ) 4 =(U ип - (U вых ) 4 /R к =8,27 мА (I к ) 4 = (I RK ) 4 -(I Н ) 4 = 4,78 мА ; (I к ) 4 = (I RK ) 4 / b min = 1,593 мА ; (I БЭ ) 4 = U * Б Э - j т ln[I * Б /(I Б ) 4 ] = 0,74 Из выражения (U вх ) 4 = /R 1 +U исм /R 2 ---------------------------------------------- = (U БЭ ) 4 1/R 1 +1/R 2 найдем (U вх ) 4 = 4,2 В Характерная точка 5. Транзистор Т на границе насыщения . В э том случае (U вх ) 5 = U вх5 = 5,06 В; (U вых ) 5 = U КЭнас = 0,3 В . 2.5.Выходная характеристика Выходная характерист ика представляет собой зависимость выходного тока от выходного напряж ения, т.е. I вых = f(U вых ). Для снятия выходной характеристики используем схемы, п оказанную на рис.2.1 (а). Выходная характеристика строится при отсутствии н агрузки, так как ток нагрузки и является выходным током для двух состоян ий схемы - открытого и закрытого. В процессе снятия выходной характеристики подаем напряжение U вых на выход инвертора , измеряя ток I вых прибором, включенным между точкой а и вых одом. За положительное направление тока I вых принимаем такое направление, когда ток I вых втекает в схему элемента. Характеристика снимается для двух состояний элемента : когда на входе «1» (напряжение U 1 вх ) , на выходе «0» (напряжение U 0 вых ) элемент открыт, «включен» и когда на входе «0» (напряжение U 0 вх ), на выходе «1» (напряжение U 1 вых ) , т.е. элемент включен На рис.2.1.(г) приведена вых одная характеристика . Рассмотрим методику её построения . Элемент включен . При н апряжениях U вых > 0,5 В транзистор перехо дит из режима насыщения в активный режим работы которого справедливо вы ражение I к = b I вх . В этом случае для выходной характерис тики на участке 1. I вых = b I вх - (U ип - U вых )/R к . Так как I вх зависит от К раз управляющего элемента, выходную характеристику следует строить для различных значений К раз . Надо пом нить, что одна нагрузка для управляющего элемента - рассматриваемый элем ент . На участке 2 рис.2.2(г) выходной характеристики I вых »'bb I вх . 2.6. Исследование основного элемента транзисторно-транзи сторной логики Логика работы ТТЛ. На рис.2.6. (а) показано ус ловное обозначение элемента Шеффера на функциональных схемах , где х 1 , х 2 , х 3 ...х n - входы ; у- выход . Минимальное число входов равно двум. Логика работы элемента Шеффера на т ри входа представлена таблицей истинности или состояний (табл.2.6) . Логическое уравнение работы элемента, составленное по табл.1, записывает ся в виде _____ у=-х 1 х 2 х 3 ; На рис.2.6 (б) приведена временная диаграмма работы элемента на три входа (зд есь U н ,U в - нижний и верхний уровни напряжений, соответствующие состояниям «0» и «1» ). 2.7 . Расчет нагрузочной способности элемента ТТЛ Нагрузочная способно сть элемента определяется коэффициентом разветвления К раз , характеризующим количество аналогичных эл ементов, подключаемых к выходу данного элемента. На рис.2.6 (а) приведена схе ма для определения К раз . Принимаем , чт о у транзистора U БЭнас = 0,7 В ; U Кэнас = 0,3 В ; для ПМЭТ U БКМ =0,7 В ; Cчитая все транзисторы идентичными, пренебрегаем объемным сопротивлен ием базы и коллектора. При включенном элементе на всех входах - напряжени е U 1 вх , на выходе - нап ряжение U 0 вых . Для тока базы МЭТ I БМ =(U ип - U бкм - U БЭнаст1 - U БЭнаст3 ) /R 1 ; (1) I 1 КМ = I бнас т 1 =I 1 БМ (1+ К об b i ) (2) где b i - инверсный коэффиц иент усиления по току для МЭТ I к1 = (U ип - U БКМ - U БЭна ст1 -U БЭнаст3 )/R 2 ; (3) I Э1 =I к1 +I б1 =(U МП -U кэнаст1 -U бэнасТ3 )/R 2 +(U ип - - U БКМ -U БЭна ст1 -U БЭнаст3 )/R 1 (1+К об b i ); (4) I R3 =U БЭнаст3 /R 3 ; (5) I БнасТ3 =I Э1 -I R3 =(U ип -U КЭнасТ1 -U Б ЭнасТ3 )/R 2 +(U ип - U БКМ -U БЭнасТ3 )/ R 1 (1+К об b i )- (U БЭнасТ3 )/R 3 (6) Ток коллектора насы щенного транзистора I кнасТ3 =I н =К раз I 0 вх =К раз [1+(К обN -1) b i ]= К раз [(U ип -U БЭМ -U КЭ насТ3 )]/R 1 [1+(К обN -1) b i ] , (7) где I Н 1 =I Н 2 =...=I 0 вх =[1+( К об N -1) b i ] (8) Коэффициент разветвления по выходу определим из услов ия I БнасТ3 =К насТ3 I кнасТ3 / b min . (9) Подставив (6) и (7) в (9) получим (10) Оценим числовое значен ие К раз в нормальных условиях при сле дующих исходных данных: U uп = 1 к Ом, R 4 = 150 Ом; (для МЭТ); К нас = 1,5; ; (для транзисторов Т1-Т3). После подста новки этих значений в (10) получим К раз = 38. Существует другой упро щенный вариант определения К раз исхо дя из максимального допустимого тока коллектора транзистора Т3. В этом случае можно за писать К раз = I k max / I 0 вх (11) Приняв I k max = 30мА, из (8) находим входной ток I 0 вх = 1,35 мА. Тогда из (11) К р аз , вычисленное по (10) и (11), значительно больше типовой вели чины К раз = 10, указываемой в ТУ на элемен ты ТТЛ, что обусловлено влиянием параметров быстродействия на величину К раз . Следует отметить что для выключ енного элемента, поэтому рассматривать соответствующие аналитические выражения целесообразно. 2.8. Выходная характерис тика Выходная характерист ика элемента ТТЛ- типа представляет собой зависимость выходного напряж ения, т.е. I вых = f (U вых ). Выходная характеристика снимается при отключенной на грузке для двух состояний элемента рис.(2.8. в ) (элемент включен, элемент вык лючен). Элемент включен. При э том состоянии транзистор Т3 открыт, на выходе элемента напряжения U 0 вых н а всех входах напряжение U 1 вх . Элемент выключен. При этом состоянии транзистор Т3 закрыт, на выходе элемента напряжения U 1 вых и хотя бы одном входе - напряжение U 0 вх . В процессе снятия выходной характеристики подключаем внешнее регулирование по напряжению источника питания U ИП = U вых , на вы ход элемента в точку у рис (2.8.в ) . Между точками включаем миллиамперметр дл я измерения тока I вых . За положительно е напряжение выходного тока принимаем такое направление ,когда выходно й ток входит в элемент. Изменяя напряжение U вых и замеряя ток I вых , построим выходную характеристику. На рис (2.8 е) приведена выходная характеристика э лемента для двух его состояний включен ( на выходе "0" ), выключен ( на выходе "1" ). Выходную характеристику проанализируем . Элемент будет включен , если транзистор Т3 открыт, а транзистор Т2 и диод Д закрыт. Из рис. (2.8.е ) видно, что выходная характеристика включенного элем ента совпадает с выходной характеристикой (ВАХ) транзистора Т3. На характ еристике можно выделить ряд участков, характерных для режима работы тра нзистора Т3;участок 1 соответствует насыщенному режиму работы транзисто ра участок один соответствует насыщенному режиму работы транзистора Т 3 ( при дальнейшем увеличении U вых ); учас ток 2- активному режиму работы транзистора Т3 (при дальнейшем увеличении U вых ); участок 3- инверсному активному р ежиму работы транзистора Т3 (при уменьшении напряжения, когда U вых принимает отрицательные значения) : Элемент будет выключен, если транзистор Т3 закрыт, а транзистор Т2 и диод Д открыты . На рис. (2.8.е ) можно выделить на характеристике ряд участков , хара ктерных для различных режимов работы транзистора Т2; участок 4 соответст вует режиму отсечки транзистора Т2 ( напряжение U вых > U 1 вых ); участок 5 - активному режиму работы Т2 ( U вых < U 1 вых ) участо к 6 - режиму насыщения транзистора Т2 ( U вых << U 1 ). Проанализируем выходные характеристики и при следующих допущениях : 1) считаем, что напряжение на переходе база - эмиттер транзистора Т2, работающего в активном режиме и ли в режиме насыщения , равна 0,7 В; напряжение на диоде Д также равно 0,7 В; 2) в качестве границы насы щения для транзистора Т2 принимаем условие U к - U Б = 0,6 В 12 а ) -условие технического н асыщения. Для этапа работы транзистора Т2 в активном режиме (рис. 2.8.е ), участок 5 ) можн о записать I вых = I Э (12) I Б = I Э ( 1- a ) = I вых ( 1- a ) ( 13) Напряжение на базе транзистора Т2 U Б = U ИП - I Б R 2 = U ИП - I вых ( 1- a ) R 2 ( 14 ) Выходное напряжение элемента U вых = U Б - U БЭТ2 - U Д = U ИП - I вых ( 1 - a ) R 2 - U БЭТ2 - U Д (15) Выходное сопротивлен ие элемента в этом случае dU вых / d I вых = ( 1- a ) R 2 = R 2 / ( 1 + b ) (16) Определим ток I вых на границе насыщен ия для транзистора Т2: U к = U ИП - - I к R 4 = U ИП - a I вых R 4 (17) Подставив (14) и (17) в условие (12а) , получим. 0,6 0,6 I вых = ------------------- »'bb ---------------- (18) a R 4 -(1- a )R 2 (2 a -1)R 4 На границе насыщения R 2 = R 4 Для этапа работы транзистора Т2 в режиме насыщения рис. ( 4.2..е) участок 6) мож но записать : I Б = ( U ИП - U БЭ наст. Т2 - U Д - U вых ) / R 2 ; ( 19 ) I К = ( U ИП - U к энас Т 2 - U Д - U вых ) / R 4 (20) I вых = I Б + I к = ( U ИП - U Бэ наст. Т2 - U Д _- U вых ) /R 2 + + ( U ИП - U кэ наст т2 - U Д - U вых ) / R 4 (21) Выходное сопротивление элемента в этом случае R вых = d U вых / d I вых = R 2 R 4 / ( R 2 + R 4 ) ( 22 ) При указанных выше параметрах получим a = b / ( 1 + b ) = 0,967. Из 16 имеем R вых = 52 Ом. Выходное напряжение и ток на границе насыщения из ( 15 ) и ( 18 ) I вых = ( 4,5 - 6,5 ) мА; U вых = 3,37 В. Выходное сопротивление схемы в режиме транзистора Т2 ровно R вых = 137 Ом. При U вых = 0 , получим выходной ток короткого замыкания I к =29 мА. При U вых > 3,6 В транзистор Т2 находится в режиме отсечки и I вых = 0 ( т.е. I вых практически равен тока утечки закрытых транзисторов Т2 и Т3 ). На уча стке отрицательных значений напряжений U вых ( участок 3 ,рис 3.5..е ) вид выходной характеристики определяется шу нтирующим действием паразитного диода коллектор - подложка транзистор а Т3. 2.9. Методы оценки надежности Основной метод оценки надежности элементов цифровых приборов статический. В его основе находятся испытания партии изделий на срок службы. Поясни м сущность этого метода. Если в партии элементов из N штук за время t произо шло n отказов, то вероятность отказа в единицу времени определяется выра жением вида l = n / (Nt) (1) Величину l -называют средней частотой или интенсивностью отказов. Зная ве личину l , можно оценить вероятность безотказн ой (исправной) работы элемента в течение заданного времени эксплуатации по формуле. Р = е - l t (2) Из (2) следует, что каким бы малым ни было значение l ,с течением времени веро ятность безотказной работы приближается к нулю. Среднем временем безотказной работы элемента (среднем сроком службы) п ринято считать величину, получаемую из условия l t =1 t ср = 1 / l (3) Например, если l = 10 -5 1/ч, то t ср = 10 5 ч (т.е. ок оло 10 лет). Многочисленными эксп ериментально- статистическими данными подтверждаются, что величина l не постоянная, она меняется с течение м времени рис.2.9.1. Кривую зависимостью l =f(t) можно раздел ить на три участка: участка 1, на котором выявляются грубые ошибки при изго товлении элемента, загрязнении поверхности и др.; участок 2, на котором l = const, т.е. отказы обусловлены случайными, неконтролируемы причинами; участок 3, на котором l с нова возрастает в результате неизбежного старения элементов, т.е. появле ния тех химических и физико-химических процессов, от которых неизбежна н и одна реальная структура и которые связаны с причинам действия элемент а. Применительно к элем ентам ЦВМ и цифровых и цифро-аналоговых преобразователями такими принц ипиальными факторами являются взаимная диффузия, разнородных материал ов, рациональные дефекты, обусловленные космическим излучением, и.т.п. Ср едний срок службы (3) соответствует границе между участками 2 и 3. Участок 1 о бычно устраняется путем тренировки элементов. Тренировка элементов со стоит в том, что после проведенных испытаний (механических, электрически х, климатических и др.) элементы работают в течение нескольких десятков и ли сотен часов нормальных эксплуатационных условиях и отказавшие за эт о время элементы устраняется. В настоящее время интенсивность отказов элементов и БИС лежит в предел ах 10 -8 - 10 -9 1/ч. Для достоверной оценки величины l необходи мо при испытаниях "дождаться" хотя бы 2-3 отказов. Тогда из (1) при n =2 ё'51 3 следует, что время испытаний для партии N = 10 3 штук составит десятки лет. Ставить же партии элементов в количестве 10 4 - 10 5 шт. на испытания экономически невыгодно. В таких случаях используется метод ускоренных испытаний, основанный н а законе Аррениуса, согласно которому скорость J хими ческих и физико-химических процессов связан с температурой экспоненци альной зависимостью вида J »'bb е -( Wa / K)T где Wa - энергия активизации процесса. Отсюда следует, что ср едний срок службы изделия при повышенной температуре будет существенн о меньше, чем при нормальной: t y = t н ехр [-(W а / к ) (T H -1 - T -1 y ) ], (4) где индексы "н", "у" относя тся к нормальной и повышенной температуры. Проведя ускоренные испытания при повышенной температуре, фиксирует о тказы изделия, добиваясь их появления за разумное время. Полученное значение l у пере считывают к нормальной температуре с помощью выражений (4) и (3). Используя, н апример для испытаний элементов ЦВМ температуру +250 0 С можно ускорить оценку величины l в сотни раз. Однако при значениях l Ј'08 10 -9 1/ч и такое ускорение оказывае тся недостаточным. Таким образом, на современном этапе развития техноло гии изготовления элементов ЦВМ обычные статистические методы надежнос ти неприемлемы. Поэтому в последние 5-10 лет большое внимание уделяется раз работке новых физических методов оценки и прогнозирования надежности. Под такими методами понимаются индивидуальные исследования структур ы готовых элементов цифровых устройств с целью выявления дефектов на во зможность отказа, а также исследования отказавших элементов с целью выя снения причин отказа и выяснения соответствующих усовершенствований в технологию их производства. В отличие от статических методов, которые относятся к категории разруш ающих (поскольку в их основе лежит отказ изделия), физические методы явля ются неразрушающими, а часто и бесконтактными. К их числу относятся тепл о ведение (обследование в инфракрасных лучах), рентгеноскопия, электронн ая микроскопия, а также измерение избыточных шумов, которые характеризу ет качество контактов. Все перечисленные но вые методы связаны с использованием сложного, дорогостоящего оборудов ания, по этому их нельзя считать установившимся в практике использовани я в широком плане. Однако, учитывая неприемлемость статических методов, они, по видимому, займут со временем ведущее место при оценке надежности элементов цифровых устройств, особенно БИС. Интенсивность отказо в снимается с повышением степени интеграции, поскольку производству БИ С свойствен более высокий технологический уровень. Одновременно меняе тся роль различных факторов отказов. Так дефекты металлизации и погрешн ости диффузии, которые у простых элементов цифровых устройств, ЦВМ, (т.е. э лементов малой степени интеграции) занимали значительное место, у БИС вы ступают на второй план, поскольку резко уменьшается количество внешних соединений. Говоря о статическом методе оценки надежности, подразумевали, что резул ьтаты испытаний конкретной партии элементов ЦВМ и цифровых устройств в виде формулы (1) действительны для других, аналогичных партий. Однако это у тверждение справедливо только в том случае, когда другие партии элемент ов изготовляются точно по той же технологии, что и испытанная партия. Отс юда следует важный вывод: Высокая надежность элементов ЦВМ обеспечивае тся в первую очередь стабильностью технологического цикла. Любое, даже п рогрессивные, изменение технологического цикла может вызвать (хотя бы в ременное) снижение надежности элементов ЦВМ и цифровых устройств. Влияние температуры на статистические и динамические характеристики и параметры элементов . Изменение температуры окружающей среды влияет определенным на стати стические и динамические характеристики и параметры элементов. Рассмо трим это влияние на нескольких примерах. На (рис.2.9.2.а) показана влияние тем пературы на передаточную характеристику. U вых = f (U вх ) элемента И-НЕ транзисто рно-транзисторной логики для серии 133 и 155. Из рисунка не трудно оценить вли яние температуры на основные статистические параметры, определяемые п о передаточной характеристике. Так как с увеличением температуры происходит сдвиг характеристики в лево, то, помехоустойчив ость элемента уменьшается. Также видно что повышением температуры возр астает уровень "0" U 0 вых и тд. На (рис.2.9.2.б) показано влияние температуры на выходную характеристику эле мента И-НЕ I вых = f(U вых ) транзисторно-транзисторной логики серии 133 и 155 для случа ев, когда элемент включен и выключен. Из рисунка следует, что с повышением температуры возрастает соответствующие токи для заданных напряжений. На (рис.2.9.2.в) показан зависимость некоторых динамических параметров (заде ржки распространения сигнала при включении t 1,0 зд р и выключении t 0,1 зд р элемента)от температуры. Из зависимости следуе т что с ростом температуры t 1,0 зд р несколько уменьшается, а время t 0,1 зд р наоборот, увеличивается. Указанные изме нения особенно заметен в диапазоне температур 20-120 0 С. рис.2.9 2(а, б, в, г.) В таблице 1 приведены результаты влияния температуры не некоторые стати ческие параметры элемента ИЛИ-НЕ /ИЛИ эмиттерно-связанной логики серии К 500. На (рис2.9.2.г) показаны зависимости некоторых динамических параметров (t 1,0 зд р , t 0,1 зд р ) от температуры для элеме нта ИЛИ-НЕ /ИЛИ ЭСЛ серии К500. Из анализа изложенного сделать вывод, что изменение температуры окруж ающей среды ухудшает статические и динамические параметры элементов ц ифровых устройств, что необходимо учитывать в процессе эксплуатации ци фровых устройств. Табл.1. П а р а м е т р ы Температура, 0 С -10 +25 +75 Входное напряжение "0" U 0 вх , В Входное пороговое напряжение "0" U 0 вх, пор, ,В Входное пороговое напряжение "1" U 1 вх , В Входное напряжение "1" U 1 вх ,В Входное максимальное напряжение "0" U 0 вых ,пор , В Выходное пороговое напряжение "0" U 1 вы х, пор , В Выходное максимальное напряжение "1" U 1 вых, пор , В Выходное пороговое напряжение "1" U 1 вых ,пор , В -0,84 -1,145 -1,490 -1,87 -0,84 -1,02 -1,67 -1,645 -0,81 -1,105 -1,475 -1,85 -0,81 -0,98 -1,65 -1,63 -0,72 -1,045 -1,45 -1,83 -0,72 -0,92 -1,625 -1,605 3. Экономическая часть 1.Экономическая обос нованность выбранной темы. 2.Баланс рабочего времени. 3.Тарифные ставки действующих лиц. 4.Методики калькулирования себестоимости. Ограниченность схемы средств, которую заказчик может ассигновать на создание схемы управлен ия объектом, заставляет его искать наиболее эффективный вариант решени я наставленной задачи. А это предполагает необходимость сравнения того, во что обходится и что дает ему внедрение суммы управления. При внедрение систему управления производственным объектом ожидается , что оно положительно скажется на показателе, характеризующем работу об ъекта - критерии его эффективности. При внедрении схемы управлении на не производственном объекте (в научно-исследовательском институте, в орга нах здравоохранения, просвещения и.т.п.) также полезно убедится в том, что внедренная схема не ухудшит, а улучшит характеризующие работу объекта. Вопросы оценке экономической эффективности возникает при сравнении ст арой и проектируемой схемы управления для схемы управления для действу ющего объекта, пуле сравнении ряда вариантов решения для проектируемог о и аналогичного действующего объектов. В случае же проектирования схем ы управления для нового объекта. Не имеющего аналогов; следует считать о бщую народно хозяйственную эффективность от внедрения нового производ ства с современной схемой управления им без выделения эффективности со бственно схемы управления. В качестве базы для расчета эффекта принимается показать производстве нно -хозяйственной деятельности объекта на год внедрения схемы управле ния . Если сравнивается несколько вариантов системы, обеспечивается их с опоставимость по всему комплектов учитываемы показателей, но использу емым ценам, тарифам и.т.п. Затраты на создание и функционирование схемы управления складывается из едино временных (капитальных ) К и эксплуатационных D С. О методике расчета этих составляющих затрат будет говориться в следующим разделе экономической части. Оценки функционирования схемы в обобщенном виде выражается с помощью п оказателя суммы годовой экономии, о котором будет подробно рассматрива ться в следующем расчетном разделе. Эта показатель оценивает результат ы внедрения схемы. Для сравнения затрат и результатов используется пока затели эффекта эффективности. Сумма годового экономического эффекта Э определяется как разность сум мы годовой экономии и затрат. Но достаточен ли размер эффекта, стоит ли вы кладывать определенную сумму средств на его достижение? Целесообразно сть затрат средств на создание и функционирование схемы характеризует ся относительно показателем-эффективностью затрат. Различают общую (аб солютную) и сравнительную (относительную) эффективности. Общая эффектив ность подсчитывается как отношение эффекта к сумме капитальных вложен ий, вызвавших этот эффект. Сравнительное эффективность показывает, наск олько один вариант (объект после внедрения проектированной схемы) лучше другого (объекта да внедрение схемы управления, созданной разработчико м). Оценить величину общей эффективности можно с помощью показателя эффе ктивности капитальных вложений Е = Э /К и обратного ему показателя-срока о купаемости капитальных вложений Т. Величина нормативного коэффициента эффективности (Е н = 0,12 по народному хозя йству в целом, по отдельным отраслям. Народного хозяйства эта величина м ожет быть несколько иной) определяют минимально допустимый размер эффе кта от каждого рубля вложенных в систему средств. Величина нормативного срока окупаемости соответственно определяет максимально допустимый с рок, в течение которого вложенных средства должны окупится. Выбор одного из вариантов реализации системы можно произвести по форму ле приведенных затраты, в основу которой положено сравнение сумм годовы х эксплуатационных и капитальных расходов объекта в связи с внедрением каждого из и вариантов системы. Приведенные затраты для i-го варианта рас считывается по формуле. F i = (C i + D C i )+K i / T н где D С i - сумма годовых эксплуатацион ных затрат; С i + D C i - себестоимость годового выпуска продукц ии, производимой на объекте управления; К i -капитальные затраты при создании с истемы управления; Т н -нормативный срок окупаемости капи тальных затрат. Разработчик из n вариантов должен выбрать такой, при котором F i достигает минимума. Обозначим через Э 1 i нижнюю границу суммы годового экономического эффекта, получаемого в ре зультате внедрения схемы: Э i 1 =K i /T н Так как К i и T н известен, то Э 1 i легко подсчит ывается. Если создаваемая схема имеет эффект меньший Э i 1 , то ее использование с экономическо й точки зрения целесообразно. Процесс создания системы управления из нескольких стадий. Сначала зака зчик или по его просьбе разработчик проводят серию научно исследовател ьских работ, в ходе которых определяются основные контуры будущего техн ического задания на проектирование схемы. Этот этап разработки, обычно н азываемый пред проектным, требует определенных затрат, которые можно на звать затратами на проведение научно исследовательских работ З нир . После окончания предпроектного этапа на чинается этап, который может быть назван проектным. Результатом проектн ого этапа является выдача технического проекта на создание опытного об разца будущей схемы. Затраты, возникающие при проведение проектного эта па будем обозначать как З пр . Если техн ический проект будущей схемы принять заказчиком, то поступает этап изго товление опытного образца системы. Соответствующий этап называется эт апом опытно-конструкторских работ. На этом этапе происходит изготовление опытного образца, испытание его и внесение в его структуру изменений на основании проведенных испытаний. Затраты, возникающие на этапе, обозначим как З окр . После этого наступает этап изготовления рабочего образца схемы, органи зации связи этой схемы с объектом управления, монтажа дополнительного о борудования, необходимого для функционирования схемы , и строительство помещений, в которых будет размешена схема. Затраты, возникающие на этом этапе, будем обозначать З р . Все перечисленные виды затраты носят единовременный характер. Определ им величину капитальных затрат образом: К = З ни р +З пр +З окр +З р Затраты З нир ,З пр ,З окр состоит из заработной платы лица, пров одящим эти работы, отчислений от ее суммы на нужды социального страхова ния, амортизация лабораторного оборудования, стоимости затраченного м ашинного времени для проведения необходимых расчетов, стоимости матер иалов, использованных при изготовлении опытного конструкторского обра зца, накладных расходов. Затраты на НИР и проек тирование могут быть несколько сокращены при использовании имеющихся моделей и алгоритмов, типовых решений отдельных узлов схемы, разработан ных для схемы управления аналогичным объектом. Однако даже на близких по уровню техники, срокам ввода в действие и тому подобных объектах всегда есть индивидуального различия. В случае выявления во зможности использование результатов данной разработке для ряда других объектов управлении затраты на проведенные научно исследовательские и проектно-конструкторские работы относят на данный объект лишь частич но, исходя из количество реальных объектов для возможного использовани е. После того как рабочий образец схемы управления изготовлен, наложен и начал нормально функционировать, возникает последний этап в "в жизненно м цикле" схемы. Система управления создана и работает. Однако и в процессе этой нормальной работы требуется определенные затраты. Эти затраты, обо значаемые как D С, называется эксплуатационными затр атами. Экономические расчеты для схемы 1) Сырьё и материалы для реализации данного проекта № Наим енование марка тип кол.шт. цена сом всего сом 1. Микросхема D1-D5 КЛБ553 5 25 сом 125 2. Микросхема D10 К1 ЛБ553 1 25 25 3. Микросхема D6, D8 К1 ЛБ557 2 30 60 4. Микросхема D7 К1ЛР551 1 45 45 5. Микросхема D9 К1ЛБ554 1 45 45 6. Резистор R1 1,5кОм 1 3 3 7. Резистор R2 330кОм 1 3 3 8. Резистор R3 82Ом 1 2 2 9. Резистор R4 1кОм 1 3 3 10. Резистор R5 430Ом 1 3 3 11. Резистор R6 39Ом 1 3 3 12. Резистор R7 330Ом 1 3 3 13. Резистор R8 20кОм 1 3 3 14. Резистор R9 830кОм 1 3 3 15. Резистор R10 560Ом 1 3 3 16. Резистор R11 430кОм 1 3 3 17. Резистор R12 56кОм 1 3 3 18. Резистор R15 330Ом 1 3 3 19. Резистор R16 20 кОМ 1 3 3 20. Резистор R17 330 кОм 1 3 3 21. Резистор R18 560 Ом 1 3 3 22. Резистор R19 430 Ом 1 3 3 23. Резистор R20 56 Ом 1 3 3 24. Резистор R21 270 Ом 1 3 3 25. Резистор R22 1кОм 1 3 3 26. Резистор R23 220 Ом 1 3 3 27. Резистор R24 220 Ом 1 3 3 28. Резистор R25 1 кОм 1 3 3 29. Резистор R26 220 Ом 1 3 3 30. Транзистор V1 КТ 3155 1 6 6 31. Транзистор V4-V7 КТ 315 А 2 6 12 32. Диоды VD2-VD5 Д311 2 5 10 33. Диоды VD3-VD8 Д311 2 5 10 34. Диоды VD6 Д311 1 5 5 35. Конденсатор С1 0,33пФ 1 2 2 36. Конденсатор С2 1500пФ 1 2 2 37. Конденсатор С3 1500пФ 1 2 2 38. Конденсатор С4 4700пФ 1 2 2 39. Конденсатор С5 0,05пФ 1 2 2 40. Конденсатор С6 1500 1 2 2 41. Конденсатор С7 0.05 1 2 2 42. Конденсатор С8 0,5 1 2 2 43. Конденсатор С9 0,05 1 2 2 44. Конденсатор С10 1500 1 2 2 45. Конденсатор С11 0,05 1 2 2 46. Конденсатор С12 0,5 1 2 2 47. Конденсатор С13,С15 0,01 1 2 2 48. Конденсатор С14 1,0 1 2 2 49. Переключатель S1-S11 11 10 110 50. Переключатель S12 1 20 20 51. Переключатель S13 1 10 10 Всего 336 592 2) Основная заработная плата З п =Т * С Т где З п - заработная плата Т-число отработанных часов ; С Т - часовая тарифная ставка ; З п =2 * 1500 З п =3000 3)Дополнительная зар.плата 9.3% от основной зар.платы З д =З п * 9.3% =3000 * 9.3/100=279 4) Отчисления на социальн ое страхование 38% (З п +З д ) * 38/100=(3000+279) * 38/100=1246 5) Административные и общие расходы 80% (З п +З д )1 * 80/100=2623.2 6) Производственная себестоимость ст1+...+ст5 592+3000+279+1246+2623.2=7740,2 7)Коммерческий расход 10% 7740,2 * 10/100=774 8) Себестоимость полная Z П = S =592+3279+1246+2623.2+7740,2+774=16202,4 № Стат ья калькуляции сумма сом 1 М атериальные затраты 1128.5 2 К онцелярно-полиграфические расходы 50 Итого 1178.5 9)Цена на изделие определяется Ц=Z n * К ПН =16202,4 * 1.35=21873,24 гдеК ПН - коэффициент планового накопл ения ;Ц- оптовая цена ; 10) Прибыль П=Ц-Z n =21873,24-16202,4=5670,84 11) Рентабельность продук ции : Р=П/Z П * 100%=35 12) Затраты на один сом то варной продукции S=Z П /N Т =16202,4/21873,24=0.74 N Т - товарная продукция N Т =Ц 13) Примечание оптовая цена без НДС НДС=20% от оптовой цены Цена без НДС =4692.8 Технико-экономические показатели № Наименование показателей еди ница измерения сумма 1 Стоимость товарной проду кции сом 21873,24 2 Полная себестоимость с ом 16202,4 3 Прибыль от реализации сом 5670,84 4 Р ентабельность продукции сом 35 5 Затраты на 1 сом товарной п родукции сом 0.74 6 Производственная себест оимость сом 7740,2 Итого 51522,42 Калькуляция с ебестоимости продукции № Стат ья калькуляции Сумма 1 С ырьё и материалы 1128.5 2 О сновная зар. Плата 3000 3 Д ополнительная зар. Плата 279 4 С оц. Страх 1246 5 Административный и общий расход 2623.2 6 Производственная себест оимость 8276.7 7 Коммерческий расход 827.67 8 Полная себестоимость 1 6202 .07 9 Цена 21 873 10 П рибыль 5 6 70.84 11 Р ентабельность 35 12 З атраты на 1 сом товарной продукции 0.74 Охрана труда О храна труда - это система законодательных актов и соотве тствующих им социально-экономических, технических, гигиенических и ор ганизационных мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение зд оровья и работоспособности человека в процессе труда. Техника безопасности - это система организационных и технических мер оприятий и средств, предотвращающих воздействие на человека опасных пр оизводственных факторов, которые вызывают при нарушении правил безопа сности несчастные случаи, травмы. Производственная санитария-эта система организационных, гигиеничес ких и санитарно-технических мероприятий и средств, предотвращающих воз действие на работающих вредных производственных факторов, то есть факт оров, вызывающих заболевания. Гигиенические нормативы на микроклимат Микроклимат в рабочей зоне определяется действующими на организм че ловека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздух а, а также температурой окружающих поверхностей. Повышение влажности затрудняет теплоотдачу организма путем испарен ия при высокой температуре воздуха и способствует перегреву и наоборот , усиливает теплоотдачу при низкой температуре, способствуя переохлажд ению. Оптимальными считаются такие сочетания параметров микроклимата, которые при длительном воздействии на человека обеспечивают сохранен ие нормального функционального и теплового состояния организма без на пряжения его физиологических способностей к терморегуляции, что созд ает ощущение теплового комфорта и является для высокой работоспособно сти. Приведем примеры норм. Для тяжелых работ в теплый период года оптима льная температура равна 18...21 С, а допустимая при значительных избытках явн ой теплоты на 5 С выше средней температуры наружного воздуха в 13 самого ж аркого месяца, но не выше 26 С. Относительная влажность при этом до 65%.Скорость движения воз духа 0,5...1 м/c (оптимальная 0,5м/c). В холодный период года на тех же работах оптим альная температура составляет 16...18 С, допустимая 13...19 С. В ряде случаев, указа нных в ГОСТе, допускаются определенные отклонения от норм. Производственное помещение должно иметь не менее 15 м объема и 4,5 м площади на каждого работающего в нем. Высота производственных помещений от пола до потолка должен быть не менее 3,2м, а помещений энергетического и транспортно-складского хозя йства, если люди там находятся непостоянно, не менее 3м. Производственные процессы, сопровождающийся шумом или выделенным вр едных веществ, нужно сосредоточить в отдельных помещениях. Полы нужно делать ровными нескользкими. Если полы холодные, у рабочих мест необходимо положить деревянные решетки или коврики. Для предотвра щения сквозняков у наружных входов и въездов в производственные помеще ния следует делать тамбуры с самозакрывающимися дверями. Станки, верстаки нужн о расставлять так чтобы между рабочими местами был проход шириной не м енее 1м,не требовалось перемещать грузы грузоподъемными устройствами н ад рабочими местами. Де йствие не человека электромагнитных и ионизирующих излучений и защита от них Электромагнитные излучения различают по частоте колебаний или длин е волны. Наиболее длинные волны -это колебания промышленной или другой з вуковой частоты, а также ультразвуковые. Они имеют длину волны выше 10 км (или частоту ниже 30 кГц ). Длинные и средние радиоволны ( от 10 км до 100 м или до 3 МГц) применяются не тольк о в радиотехнике, но и для заколки деталей и др. В промышленной электротер мии используют для нагрева диэлектриков также короткие радиоволны (100..10 м или до 30 МГц),которые, как и ультракороткие (10...1 м или до 300 МГц),относятся к кол ебаниям ультравысокой частоты. При промышленной частоте специальные м еры защиты от действия электрических полей приходится применять тольк о при обслуживании электроустановок напряжением 330..500 кВ и выше. Для защиты ВЧ и УВЧ создают экранирование местовым металлом высокой электропроводности толщиной не менее 0,5 мм. Длительное воздействие электромагнитных полей ВЧ и УВЧ напряженностью более допустимой может привезти к обратимым функци ональным изменениям в печени, селезенки и в центральной нервной системе и пр. Рентгеновское излуче ние используется в установках промышленной рентгеноскопии. Оно излуча ется при испытании кабелей и электрооборудования выпрямленным током в ысокого напряжения. Гамма излучения испу скается радиоактивным веществом. Оно имеет длину волны от 4 до 0,1 мм. Электрическая изоляция токоведущих частей с точки зрения электробезопасности. Электрическая изоляц ия токоведущих частей электроустановок от частей, находящихся под ины м потенциалом, в том числе от земли, необходима не только для нормальной работы установки, но и для безопасности людей. Изоляция проводов и кабел ей предотвращает прикосновение к их токоведущим жезлом. Кроме того, в э лектрический сети, питающейся от генератора или трансформатора с изоли рованной от земли обмоткой, через человека, прикоснувшегося к одной из т оковедущих жил, течет тип меньшей ток, чем лучше изоляция двух других жи л о земли. Если какой-либо точке любого провода произойдет повреждение изоляции, то возникающее элект рические соединение с землей в сети с изолированной нейтралью называе тся однофазным замыканием на землю такое соединение с землей не являет ся коротким замыканием, потому что на пути тока от провода с поврежденн ой изоляцией к токоведущим жилам проводов других фаз будет сопротивлен ие этих двух проводов относительно земли. Ток однофазного замыкания в с ети с изолированной нейтралью значительно меньше тока короткого замык ания между проводами или между проводами и землей в сети заземленной ней тралью. Если замыкание на землю произойдет через тело человека, то в се ти с изолированной нейтралью ток через человека будет значительно мен ьше, чем в сети с заземленной нейтралью. В установках напряжением до 1000 В сети с изолированной нейтралью безо паснее сетей с заземленной нейтралью только при условии хорошей изоля ции фаз относительно земли и сравнительно небольшой протяженности сет и, так как чем длиннее провода, тем больше значение емкостных токов и ток ов утечки. Изоляции силовой или осветительной электропроводки считается дост аточной, если ее сопротивление между проводом каждой фазы и землей, или между разными фазами на участке, ограниченном последовательно включен ными установочными автоматами или плавкими предохранителями или за по следним предохранителем составляет не менее 0,5 МОм (500 000 Ом). Действие электрического тока на организм человека Электрический удар х арактеризуется поражением всего организма в целом, что может привести к гибели человека. Характер электрических поражений зависит от физичес ких параметров тока (его силы напряжения, частоты и т.д.), электрического сопротивления тела человека, продолжительности воздействия тока на че ловека и виды электрической цепи. Человек начинает ощущать протекающий через него ток промышленной ча стоты( 50 Гц) при относительно малом его значении: 0,6-1,5 мА. Защита от инфразвук а и вибрации Инфразвук -область акустических колебаний с частотой ниже 16-20 Гц. В ус ловиях производства инфразвук, как правило, сочетается с низкочастотны м шумом, в ряде случаев с низкочастотной вибрацией. При воздействии инфразвука на организм уровнем 110...150 дБ могут возникат ь неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные измен ения: сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анали заторе. Гигиеническая регламентация инфразвука производится по санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.583-96, которые задают предельно допустимые уровни звукового давления (УЗД) на рабочих местах для различных видов работ, а также в жилы х и общественных помещениях. На людей может воздействовать ударная волна. Прямое воздействие возн икает в результате воздействия избыточного давления и скоростного нап ора воздуха. Ввиду небольших размеров тела человека ударная волна мгнов енно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию в течение нес кольких секунд. Мгновенное повышение давления воспринимается живым ор ганизмом как резкий удар. Защита от вибрации Линейные вибросисте мы состоят из элементов массы упругости и демпфирования. В общем случае в системе действуют силы, инерции, трения, упругости вынуждающие . Сила инерции, как известно, равна произведению массы М на ее ускорение: F = M*dV/dt; где V-виброскорость. Сила F направлена в сторону, противоположную ускорению. При вибрации у пругих систем происходит рассеяние энергии в окружающую среду, а также в материале упругих элементов и в узлах сочленения деталей конструкции. Эти потери вызываются силами трения - диссипативными силами, на преодол ение которых непрерывно и необратимо расходуется энергия источника ви брации. Средства автоматиче ского контроля Наличие контрольно-и змерительных приборов - одно из условий безопасной и надежной работы о борудования. Это приборы для измерения деления, температур, статических и динамических нагрузок, концентраций паров и газов и др. Эффективность их использования повышается при объединении их с системами сигнализац ии, как это имеет место в газосигнализации, как это имеет место в газосиг нализаторах, срабатывающих при определенных уровнях концентрации паро в, газов, пыли в воздухе. Устройства автоматического контроля и сигнализации подразделяют : п о назначению- на информационные, предупреждающие, аварийные и ответные; по способу срабатывания - на автоматические и полуавтоматические; по ха рактеру сигнала- на звуковые, световые, цветовые, знаковые и комбинирова нные; по характеру подачи сигнала- на постоянные и пульсирующие. Нормирование шума Шум определяют как со вокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. О кружающие человека шумы имеют разную интенсивность: разговорная речь -50...60 дБА, автосирена-100дБА, шум двигателя легкового- 80дБА, громкая музыка-70 дБА. Нормируемые параметры шума на рабочих местах определены ГОСТ 12.1.003-83 и са нитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, об щественных зданий и на территории жилой застройки". Документы дают клас сификацию шумов по спектру на широкополосные и тональные, а повременны м характеристикам- на постоянные и непостоянные. Для нормирования пост оянных шумов применяют допустимые уровни звукового давления в девяти о ктавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятел ьности. Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах допускается принимать уровен ь звука (дБА), определяемый по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотн ой составляющей по закону чувствительности органов слуха и приближени ем результатов объективных измерений к субъективному восприятию. Табл.1.Основные типы приборов для контроля требования Безопасности жизн едеятельности. Фактор Прибор (система, установка) Область применения. Повышенный уровень шума Шумомер ВШВ-003 Частотный диапазон измерений 10...20000 Гц. Повышенный уровень ультразвука ШВК-1 с фильтрами ФЭ-3 Измеритель 010024 Частотный диапазон измерений 2Гц....40 Гц 2Гц...200Гц Повышенный уровень вибрац ии Измеритель шума и вибрации ВШВ-003 Частотный диапазон измерений 2Гц ....20 000 Гц Повышенный уровень электр ических полей ВЧ Измерители ПЗ-15, ПЗ-16, ПЗ-17 Частотный диапазон измерений 0,01...300 МГц Повышенный уровень электр омагнитного поля СВЧ Измерители П3-9 Частотный диапазон измерений 0,3...37,5 ГГц Повышенный уровень электрическог о поля промышленной частоты Измеритель ПЗ-1М Динамический диапазон и змерений 0,002..100кВ/ м Пов ышенный уровень лазерного излучения Дозиметры ЛДМ3 Динамический диа пазон измерений 10 -3 ...1,0 Вт/см 2 Пов ышенный уровень ионизирующих излучений Измерители ИЛД-2М Динамическ ий диапазон измерений 1,4 * 10 -7 ... 10 -3 Вт/м 2 Повышенный уровень напряж ения в электрических цепях, замыкание которых на землю может произойти ч ерез тело человека Вольтамперметры: Ц4311 Ц3412 Ц4313 Ц4317 Диапазон измерений 0...750 В 0.. 90В 0..600 В 0... 1000 В Сопротивление заземляющих устройств Измеритель типа М1101М Диапазон измерений 1...1000 МОм Табл.2. Допустимые уровни звукового давления , уровни звука и эквивалентн ого уровня звука на рабочих местах в производственных помещениях и терр итории предприятий. Рабочи е места Уровни звука, дБА в октавных полосах со среднегеометрическими частотами , Гц Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА Помещения конструктивных работ , р асчетчиков, программистов вычислительных машин, лабораторий для теоре тических работ 86 71 61 54 49 45 42 40 38 50 Помещения управления, рабо чие комнаты 93 79 20 68 58 55 52 50 49 60 Кабины наблюдений и дистанционного управления:: без речевой связи по телефону 103 94 87 82 78 75 73 71 70 80 с ре чевой связи по телефону 96 83 74 68 63 60 57 55 54 65 Помещения лабораторий для проведения экспериментальных работ , для размещения шумных агрегатов, в ычислительных машин 107 94 87 82 78 75 73 71 70 80 Табл.3. Допустимые уровни звукового давления на рабочих местах. Среднегеометрические частоты третьоктавных полос , кГц Уровень звукового давления , дБ 12,5 16 20 25 31,5-100 80 80(90) 100 105 110 ЛИТЕРАТУРА 1. Наумов Ю.Е. Интегральны е схемы .М.Сов.радио 1970 2. Аналоговые и цифровые и нтегральные схемы / Под редакцией С.В.Якубовского - М.Сов.радио1979 3. Микросхемы и их примене ние /Батушев В.А., Вениаминов В.Г. Ковалев В.Г. и др. Энергия 1978 4. Преснухин Л.Н. Воробьев Н.В. Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств М. Высшая школа 1982 5. Степененко И.П. Основы м икроэлектроники М : Сов. Радио, 1980 6. Алексенко А.Г, Шогурин И. И. Микросхематехника М: радио и связь 1982. 7. Мансуров В.М, Горячев В.Н . Микроминиатюрные схемы цифровых устройств . Сов. Радио 1979 8. Батушев В.Н. Микросхемы и их применение . М. Энергия 1978 9. Алексенко А. Г. Основы ми кросхематехники. М ., Сов. Радио, 1977. 10. Швецкий Б. И. Электронны е измерительные приборы с цифровым отсчетом . Киев, Техника ,1970 11. Вострокнутов Н.Н. Испыт ания и поверки цифровых измерительных приборов . М., Изд-во стандартов , 1977 12. Земельман М.А. Автомати ческая коррекция погрешностей измерительных устройств. М., Изд-во станда ртов ,1972 13. Луковников А.В, Шкрабак В.С. Охрана труда. М 1991 14. Мурзуибраимов Р.М. Мето ды вычисления и международная оценка товаро- материальных ценностей. Ош 1996 15. Ковалев В.В. Финансовый анализ. М 1997 16. Жумабаев К, Мурзуибраи мов Б. Основы инженерной экологии. Ош1997 17. Безруких П.С. Бухгалтер ский учет. Журнал «Бухгалтерский учет»1997 18. Сарымсаков А.А, Камилов А.Х, Орозов Р.Н, Мойдунов Т, АпиевЖ.К. Методические указания по дипломному п роектированию для студентов специальности Т.15.309 -« ИИТТ».