Проектирование цифрового частотомера
5. Выбор элементной базы
В схеме устройства используется двенадцать постоянных резисторов: R1 - 1 кОм; R2 - 30 кОм; R3 - 10 кОм; R4 - 1,5 кОм; R5-R7, R9 и R11 - 2 кОм; R8 - 2,2 кОм; R10 - 51 кОм; R12 - 3 кОм. Номинальная мощность используемых резисторов - 0,125 Вт.
Были выбраны резисторы серии C2-23. Их характеристики и внешний вид приведены ниже.
Таблица 1 - Характеристики резисторов серии С2-23
Материал резистивного элемента |
Металлопленочные |
|
Серия |
С2-23 |
|
Номинальное сопротивление, Ом |
10 Ом - 10 МОм; ряд Е24; ряд E96 |
|
Точность, % |
± 1, ± 5 |
|
Номинальная мощность, Вт |
0.125 |
|
Тип выводов |
Аксиальные |
|
Тип корпуса |
Цилиндрический |
|
Максимальное рабочее напряжение, В |
250 |
|
Рабочая температура, С |
-55.155 |
|
Длина корпуса L, мм |
6.3 |
|
Ширина (диаметр) корпуса W (D), мм |
2.3 |
|
Производитель |
Китай |
Рисунок 4 - внешний вид резистора C2-23
В схеме устройства присутствуют два биполярных транзистора: VT1 - КТ3102Б и VT2 - КТ135Б. Их характеристики и внешний вид приведены ниже.
Таблица 2 - Характеристики транзистора КТ3102Б
Структура |
NPN |
|
Макс. напряжение к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э. (Uкбо макс), В |
50 |
|
Максимальное напряжение к-э при заданном токе к и заданном сопр. в цепи б-э. (Uкэr макс), В |
- |
|
Максимальное напряжение к-э при заданном токе к и разомкнутой цепи б. (Uкэо макс), В |
- |
|
Максимально допустимый ток к (Iк макс, А) |
0.1 |
|
Статический коэффициент передачи тока h21э мин |
200 |
|
Граничная частота коэффициента передачи тока fгр, МГц |
150 |
|
Максимальная рассеиваемая мощность к (Рк, Вт) |
0.25 |
|
Корпус |
KT-26 |
|
Производитель |
Россия |
Рисунок 5 - внешний вид транзистора КТ3102Б
Таблица 3 - Характеристики транзистора КТ315Б
Структура |
NPN |
|
Макс. напряжение к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э. (Uкбо макс), В |
20 |
|
Максимальное напряжение к-э при заданном токе к и заданном сопр. в цепи б-э. (Uкэr макс), В |
20 |
|
Максимальное напряжение к-э при заданном токе к и разомкнутой цепи б. (Uкэо макс), В |
- |
|
Максимально допустимый ток к (Iк макс, А) |
0.1 |
|
Статический коэффициент передачи тока h21э мин |
50 |
|
Граничная частота коэффициента передачи тока fгр, МГц |
250 |
|
Максимальная рассеиваемая мощность к (Рк, Вт) |
0.15 |
|
Корпус |
KT-13 |
|
Производитель |
Россия |
Рисунок 6 - внешний вид транзистора КТ315Б
В схеме устройства используется два диода VD2 - КД503А. Их характеристики и внешний вид приведены ниже.
Таблица 4 - Характеристики диодов КД503А
Тип диода |
Импульсный |
|
Максимальное постоянное обратное напряжение, В |
30 |
|
Максимальный прямой (выпрямленный за полупериод) ток, А |
0.015 |
|
Максимальное время восстановления, мкс |
0.01 |
|
Максимальное импульсное обратное напряжение, В |
30 |
|
Максимально допустимый прямой импульсный ток, А |
0.2 |
|
Максимальный обратный ток, мкА |
4 |
|
Максимальное прямое напряжение, В |
1 |
|
при Iпр., А |
0.001 |
|
Рабочая частота, кГц |
350 |
|
Общая емкость, Сд. пФ |
5 |
|
Рабочая температура, С |
-60.125 |
|
Способ монтажа |
в отверстие |
|
Корпус |
kd 503 a |
Рисунок 7 - внешний вид диода КД503А
В схеме устройства используются шесть конденсаторов: C1 (1000 пФ), C3, С5 (0,047 мкФ), С4 (100 пФ) - постоянные керамические; C2 (10 мкФх10 В), C6 (220 мкФх10 В) - постоянные электролитические. В качестве керамических были выбраны конденсаторы К10-17Б, в качестве электролитических - К50-35. Основные характеристики и внешний вид этих конденсаторов приведен ниже.
Таблица 5 - Характеристики конденсаторов К10-17Б
Тип |
К10-17Б |
|
Номинальная емкость |
пФ/мкФ |
|
Рабочее напряжение, В |
50 |
|
Температурный коэффициент емкости |
NP0 |
|
Допуск номинала, % |
5 |
|
Рабочая температура, С |
-55.125 |
|
Выводы/корпус |
Рад. пров. |
|
Длина корпуса L, мм |
4,2 |
|
Ширина корпуса W, мм |
3,2 |
|
Производитель |
Тайвань |
Рисунок 8 - внешний вид конденсатора K10-17Б
Таблица 6 - Характеристики резисторов К50-35
Серия |
К50-35 |
|
Номинальная емкость, мкФ |
0,47~10000 |
|
Рабочее напряжение, В |
10 |
|
Допуск номинальной емкости,% |
20 |
|
Рабочая температура, С |
-40.85 |
|
Тангенс угла потерь,% |
0,1 |
|
Ток утечки макс., мкА |
4 |
|
Выводы/корпус |
радиал. пров. |
|
Диаметр корпуса D, мм |
5 |
|
Длина корпуса L, мм |
11 |
|
Производитель |
USA |
Рисунок 9 - внешний вид конденсатора K50-35
В схеме используется кварцевый резонатор ZQ1 на частоту 8 МГц. Был выбран кварцевый резонатор HC-49U. Его характеристики и внешний вид приведены ниже.
Таблица 7 - Характеристики кварцевого резонатора HC-49U
Частота МГц. |
- |
|
Резонансная частота, Гц |
8000 |
|
Номер гармоники |
- |
|
Точность настройки dF/Fх10-6 |
30 |
|
Температурный коэффициент, Ктх10-6 |
30 |
|
Нагрузочная емкость, пФ |
32 |
|
Длина корпуса L., мм |
13,5 |
|
Диаметр (ширина) корпуса,D (W), мм |
11,5 |
|
Рабочая температура, С |
-20.70 |
|
Корпус |
HC-49U |
|
Производитель |
Тайвань |
Рисунок 10 - внешний вид кварцевого резонатора HC-49U
В схеме используется семнадцать микросхем логики: DD1 - Триггер Шмитта; DD2, DD11 - элементы И-НЕ; DD3 - 4-разрядный двоичный счетчик; DD4-DD9 - декадный счетчик с фазоимпульсным представлением информации; DD10 - два D-триггера; DD12, DD14, DD16 - 4-разрядный асинхронный двоично-десятичный счетчик; DD13, DD15, DD16 - схема управления семисегментным индикатором с общим катодом. Были выбраны микросхемы: DD1 - К155ТЛ1 (SN7413N); DD2, DD11 - К155ЛА3 (SN7400N); DD3 - К155ИЕ5 (SN7493AJ); DD4-DD9 - К155ИЕ1; DD10 - К155ТМ2 (SN7474J); DD12, DD14, DD16 - К155ИЕ2 (SN7490N); DD13, DD15, DD16 - К514ИД1 (MSD047). Их характеристики и внешний вид приведены ниже.
Таблица 8 - Характеристики микросхемы логики К155ТЛ1 (SN7413N)
Функциональность |
Триггер |
|
Номинальное напряжение питания |
5 |
|
Выходное напряжение низкого уровня |
0.4 |
|
Выходное напряжение высокого уровня |
2 |
|
Входной ток низкого уровня |
0.34 |
|
Входной ток высокого уровня |
0.002 |
|
Ток потребления, мА |
- |
|
Время задержки включения, нс |
- |
|
Время задержки выключения, нс |
- |
|
Диапазон рабочих температур, гр. С |
-10.70 |
|
Корпус |
201,14-1 |
|
Производитель |
Россия |
Рисунок 11 - внешний вид микросхемы К155ТЛ1 (SN7413N)
Таблица 9 - Характеристики микросхемы логики К155ЛА3 (SN7400N)
Функциональность |
И-НЕ |
|
Номинальное напряжение питания |
5 |
|
Выходное напряжение низкого уровня |
0.4 |
|
Выходное напряжение высокого уровня |
2 |
|
Входной ток низкого уровня |
0.34 |
|
Входной ток высокого уровня |
0.002 |
|
Ток потребления, мА |
- |
|
Время задержки включения, нс |
- |
|
Время задержки выключения, нс |
- |
|
Диапазон рабочих температур, гр. С |
-10.70 |
|
Корпус |
201,14-1 |
|
Производитель |
Россия |
Рисунок 12 - внешний вид микросхемы логики К155ЛА3 (SN7400N)
Таблица 10 - Характеристики микросхемы логики К155ИЕ5 (SN7493AJ)
Функциональность |
Счетчик |
|
Номинальное напряжение питания |
5 |
|
Выходное напряжение низкого уровня |
0.4 |
|
Выходное напряжение высокого уровня |
2 |
|
Входной ток низкого уровня |
0.34 |
|
Входной ток высокого уровня |
0.002 |
|
Ток потребления, мА |
- |
|
Время задержки включения, нс |
- |
|
Время задержки выключения, нс |
- |
|
Диапазон рабочих температур, гр. С |
-10.70 |
|
Корпус |
201,14-1 |
|
Производитель |
Россия |
Рисунок 13 - внешний вид микросхемы логики К155ИЕ5 (SN7493AJ)
Таблица 11 - Характеристики микросхемы логики К155ИЕ1
Функциональность |
Счетчик |
|
Номинальное напряжение питания |
5 |
|
Выходное напряжение низкого уровня |
0.4 |
|
Выходное напряжение высокого уровня |
2 |
|
Входной ток низкого уровня |
0.34 |
|
Входной ток высокого уровня |
0.002 |
|
Ток потребления, мА |
- |
|
Время задержки включения, нс |
- |
|
Время задержки выключения, нс |
- |
|
Диапазон рабочих температур, гр. С |
-10.70 |
|
Корпус |
201,14-1 |
|
Производитель |
Россия |
Рисунок 14 - внешний вид микросхемы логики К155ИЕ1
Таблица 12 - Характеристики микросхемы логики К155ТМ2 (SN7474J)
Функциональность |
Триггер |
|
Номинальное напряжение питания |
5 |
|
Выходное напряжение низкого уровня |
0.4 |
|
Выходное напряжение высокого уровня |
2 |
|
Входной ток низкого уровня |
0.34 |
|
Входной ток высокого уровня |
0.002 |
|
Ток потребления, мА |
- |
|
Время задержки включения, нс |
- |
|
Время задержки выключения, нс |
- |
|
Диапазон рабочих температур, гр. С |
-10.70 |
|
Корпус |
201,14-1 |
|
Производитель |
Россия |
Рисунок 15 - внешний вид микросхемы логики К155ТМ2 (SN7474J)
Таблица 13 - Характеристики микросхемы логики К155ИЕ2 (SN7490N)
Функциональность |
Счетчик |
|
Номинальное напряжение питания |
5 |
|
Выходное напряжение низкого уровня |
0.4 |
|
Выходное напряжение высокого уровня |
2 |
|
Входной ток низкого уровня |
0.34 |
|
Входной ток высокого уровня |
0.002 |
|
Ток потребления, мА |
- |
|
Время задержки включения, нс |
- |
|
Время задержки выключения, нс |
- |
|
Диапазон рабочих температур, гр. С |
-10.70 |
|
Корпус |
201,14-1 |
|
Производитель |
Россия |
Рисунок 16 - внешний вид микросхемы логики К155ИЕ2 (SN7490N)
Таблица 13 - Характеристики микросхемы логики К514ИД1 (4511)
Функциональность |
контроллер управления индикаторами |
|
Номинальное напряжение питания |
5 |
|
Выходное напряжение низкого уровня |
0.4 |
|
Выходное напряжение высокого уровня |
2 |
|
Входной ток низкого уровня |
0.34 |
|
Входной ток высокого уровня |
0.002 |
|
Ток потребления, мА |
- |
|
Время задержки включения, нс |
- |
|
Время задержки выключения, нс |
- |
|
Диапазон рабочих температур, гр. С |
-10.70 |
|
Корпус |
- |
|
Производитель |
Россия |
Рисунок 17 - внешний вид микросхемы логики К514ИД1 (4511)
В схеме используется преобразователь напряжения DA1. Был выбран преобразователь MAX1724EZK50. Его характеристики и внешний вид приведены ниже.
Таблица 14 - Характеристики преобразователя MAX1724EZK50
Рисунок 18 - внешний вид преобразователя MAX1724EZK50
В схеме используются индикаторы HL1-HL3. Был выбран цифровой семисегментный индикатор АЛС324А1. Его характеристики и внешний вид приведены ниже.
Таблица 15 - Характеристики семисегментного индикатора АЛС324А1
Материал |
GaAsP/GaP |
|
Цвет свечения |
Красный |
|
Длина волны, нм |
660 |
|
Минимальная сила света Iv мин., мКд |
0.15 |
|
Максимальная сила света Iv макс., мКд |
0.45 |
|
При токе Iпр., мА |
20 |
|
Количество сегментов |
7 |
|
Количество разрядов |
1+точка |
|
Схема включения |
Общ. катод |
|
Высота знака, мм |
7.5 |
|
Максимальное прямое напряжение, В |
2.5 |
|
Максимальное обратное напряжение, В |
5 |
|
Максимальный прямой ток, мА |
25 |
|
Максимальный импульсный прямой ток, мА |
300 |
|
Рабочая температура, С |
-60.70 |
|
Производитель |
Россия |
Рисунок 19 - внешний вид семисегментного индикатора АЛС324А1
В схеме утрорйства используются кнопки и переключатели: SA1 - переключатель на пять положений, SA2 - тумблер, SB1 - кнопка тактовая. Были выбраны: SA1 - переключатель на пять положений тактильный ТА752001A01; SA2 - тумблер двухпозиционный MTS-102; SB1 - кнопка тактовая 0643GHIM-130G. Ниже приведены характеристики данных элементов и их внешний вид.
Таблица 16 - Характеристики переключателя ТА752001A01
Функциональность |
переключатель |
|
Структура |
контакт 1 - пункт |
|
Допустимая мощность на контактах |
50 мA @ 12 В |
|
Механическая жизнь |
200.000 циклов |
|
Материал привода |
Пластмасса |
|
Материал основания |
Нейлон |
|
Материал крышки |
Металл |
|
Материал стержней |
Медный покрынный сплав |
|
Производитель |
Китай |
Рисунок 20 - внешний вид переключателя ТА752001A01
Таблица 17 - Характеристики тумблера MTS-102
Рабочее напряжение, В |
250 |
|
Рабочий ток, А |
3 |
|
Алгоритм работы |
ON-ON |
|
Количество контактных групп |
1 |
|
Количество контактов в контактной группе |
- |
|
Сопротивление контактов не более, Ом |
0.02 |
|
Рабочая температура, С |
-25.85 |
|
Способ монтажа |
на панель |
|
Производитель |
Китай |
Рисунок 21 - внешний вид тумблера MTS-102
Таблица 18 - Характеристики кнопки 0643GHIM-130G
Функциональное назначение |
кнопка тактовая |
|
Рабочее напряжение, В |
12 |
|
Рабочий ток, А |
0.05 |
|
Фиксация |
нет |
|
Конфигурация контактов |
SPST |
|
Подсветка |
нет |
|
Сопротивление изолятора не менее, МОм |
100 |
|
Сопротивление контактов не более, Ом |
0.1 |
|
Предельное напряжение, В |
250В AC в теч.1 мин. |
|
Рабочая температура, С |
-25.70 |
|
Способ монтажа |
в отверстия на плату |
|
Производитель |
Тайвань |
Рисунок 22 - внешний вид кнопки 0643GHIM-130G
В схеме используется разъем XS1. Был выбран разъем BNC-101A. Его характеристики и внешний вид приведены ниже.
Таблица 19 - Характеристики разъема BNC-101A
Тип |
BNC |
|
Функциональное назначение |
BNC plug |
|
Волновое сопротивление, Ом |
50 |
|
Способ монтажа |
пайка на кабель |
|
Материал корпуса |
латунь покрытая никелем |
|
Материал контактов |
бронза покрытая золотом |
|
Материал изолятора |
тефлон |
|
Сопротивление контактов не более, Ом |
0.005 |
|
Сопротивление изолятора не менее, МОм |
1000 |
|
Предельное напряжение не менее, В |
1000 В перем. тока в течение 1 мин. |
|
Рабочая температура, С |
-40.125 |
|
Производитель |
Тайвань |
Рисунок 23 - внешний вид разъема BNC-101A