Детонометр разработка конструкции

1. ЗАГАЛЬНИЙ РОЗДІЛ

1.1. Призначення приладу, що проектується

Не секрет, що багато аматорів магнітного запису судять про якість звучання магнітофона, покладаючись на свій слух. Слів немає, суб'єктивна оцінка звучання дуже важлива й обов'язково повинна враховуватися, проте навряд чи її можна вважати цілком достовірною: вона багато в чому залежить від характеру і якості фонограми, апаратури, використовуваної разом із магнітофоном (попереднього підсилювача ЗЧ, темброблока, підсилювача потужності ЗЧ, акустичної системи), музичної культури і досвіду слухача і навіть від його настрою. Всі ці фактори не грають ролі при об'єктивній оцінці параметрів магнітофона за допомогою спеціальних вимірювальних приладів, що при бажанні може виготовити будь-який радіоаматор середньої кваліфікації.

З параметрів, обумовлених якістю роботи стрічкопротяжного механізму
(СПМ) магнітофона, ГОСТ 24863 - 87 («Магнітофони побутові. Загальні технічні умови») нормує два: відхилення швидкості магнітної стрічки від номінального значення і коефіцієнт детонації. Відхилення швидкості стрічки виявляється як зміна тональності звучання. Помітність такого перекручування фонограми характеризується помилкою розрізнення висоти тону, що лежить у межах 0,5...1,5%. При перевищенні цього порога порушується сумісність записів: фонограми, зроблені на одному магнітофоні, не можна прослухувати або записувати з тою ж якістю на іншому. Щоб цього не трапилося, максимальне відхилення швидкості стрічки відповідно до зазначеного
Держстандарту не повинна перевищувати
±1 % для котушкових магнітофонів самої вищої (нульової) групи складності, ±
1,5% для котушкових апаратів першої і касетних нульової і першої груп, ± 2% для магнітофонів всіх інших груп. Оскільки в процесі експлуатації швидкість стрічки може змінитися, її необхідно періодично перевіряти і підтримувати в заданих межах.

Відомі різноманітні засоби зміни швидкості магнітної стрічки. Проте одні з них (стробоскопічний, мірного відрізка стрічки, вимірювального ролика) негожі для касетних магнітофонів, інші (наприклад, метод візуалізації фонограми) дуже трудоємки, треті (метод зсуву фаз) застосовні тільки до апаратів із наскрізним каналом запису-відтворення. Найбільш універсальний, достатньо точний і нетрудомісткий метод частотної модуляції, заснований на тому, що частота відтвореного сигналу прямо пропорційна швидкості руху стрічки. При наявності вимірювальної фонограми з записом сигналу частотою 3150 Гц швидкість стрічки можна виміряти порівнянням частот відтвореного сигналу і зразкового генератора, настроєного можливо більш точно на частоту 3150 Гц. У якості вимірювальної припустимо використовувати і фонограму сигналу цієї частоти, записану на магнітофоні з явно близькою до номінальної швидкістю стрічки.

За допомогою детонометра, що тут описується, вимірюється рівень паразитної частотної модуляції з урахуванням особливостей суб'єктивного сприйняття продуктів модуляції. Прилад порівняно простий і нескладний у налагодженні, при цьому він має достатньо високі технічні характеристики, що наведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1

Основні технічні характеристики приладу

1.2. Опис схеми електричної структурної

(Р-4260.024.001Е1)

У приладі використаний метод виміру, заснований на визначенні паразитної частотної модуляції гармонійного сигналу в процесі його відтворення на випробуваному магнітофоні.

Сигнал із виходу магнітофона надходить на смуговий фільтр Z1, що подавляє низькочастотні наводки і високочастотної завади, обмежувачем U1.
Сигнал із його виходу має форму меандру, амплітуда і крутизна фронтів котрого практично не залежить від рівня вхідної напруги. Цим сигналом запускається одновібратор D1, що формує прямокутні імпульси з постійною амплітудою і тривалістю.

Паразитна частотна модуляція призводить до тимчасових коливань періоду вхідного сигналу. Тому шпаруватість імпульсної послідовності одновибратора виявляється залежною від глибини частотної модуляції. У свою чергу зміна скважності імпульсів із стабільною формою викликає зміну постійної складової пропорційно глибині частотної модуляції.

Для одержання сигналу, що характеризує коливання швидкості стрічки, використовується низькочастотний фільтр Z2, що має смугу частот 0,2…200Гц, а для виділення складового дрейфу є фільтр нижніх частот Z3 із частотою зрізу біля 0,2 Гц. Після підсилення в А1 сигнал виміру коливань швидкості випрямляється квазипіковім детектором U2, на вхід якого включений стрілочний індикатор Р1.

У каналі виміру дрейфу вихідний сигнал фільтра Z3 порівнюється за допомогою диференціального підсилювача А2 з опорною напругою Uоп. Індикатор
Р2 вказує ступінь разбалансу зазначених напруг. Тим самим відбувається вимір повільних відхилень швидкості стрічки від номінального значення.

1.3. Опис схеми електриченої принципової

(Р-4260.024.001Е3)
Вимірювальний сигнал подається з роз'єму XS1 "Вхід" на емітерний повторювач
(транзистор VT1). У базовий ланцюг транзистора включений смуговий фільтр
(R3, R4, C1, C3) і діодно-резисторний обмежувач напруги (VD1, VD2, R3), що захищає вхідний і наступні підсилювальні каскади від перевантажень. Сигнал із виходу емітерного повторювача поступає на другий смуговий фільтр (R9,
R11, C5, C6).

Максимум сукупної амплітудно-частотної характеристики фільтрів близький до частоти вимірювального сигналу. Погашення низькочастотних наводок і високочастотних перешкод за межами смуги прозорості фільтрів підвищує перешкодозахищеність детонометра.

Відфільтрований сигнал подається на двосторонній підсилювач- обмежувач, виконаний на ОП DA2. У ланцюг негативного зворотнього зв'язку ОП
DA2 включений діодний міст VD3, VD4, VD6, VD7 із низьковольтним стабілітроном VD5, робоча точка якого зміщена в область лавинного пробою струмом, що задається резисторами R16, R17. За рахунок цього при вихідних напругах, що не перевищують напруги пробою, коефіцієнт підсилення і швидкість наростання ОП DA2 близькі до максимкльних. Якщо вихідна напруга стає порівняною або більшою напруги пробою, замикається ланцюг негативного зворотнього зв'язку, що обмежує коефіцієнт передачі операційного підсилювача.

Позитивні імпульси отриманої імпульсної послідовності виділяються на резисторі R18. Фронтом цих імпульсів запускаєтся одновібратор DD1, що формує позитивні імпульси з постійною тривалістю. Значення опору резистору
R19 і хронуючої ємності C8 вибрані таким чином, що скважність імпульсної послідовності одновібратору дорівнює двом.

Ці імпульси надходять на ключовий каскад (транзистор VT3), напруга живлення на який подається від параметричного стабілізатора R26, VD10.
Основне призначення указаного каскаду - підсилення і формування імпульсів із стабільною амплітудою.

Фільтр нижніх частот третього порядку (Чебишева), що виділяє сигнал, амплітуда якого пропорційна паразитній частотній модуляції вхідного сигналу, зібраний на ОП DA3. Частота зрізу фільтра біля 200 Гц, коефіцієнт передачі дорівнює 0,5, а погашення на частоті вимірювального сигналу (3150
Гц) - не менше 80 дБ.

Отриманий сигнал надходить одночасно в канали виміру детонації і дрейфу. На вході каналу виміру дрейфу включений пасивний фільтр нижніх частот R28, C16 із частотою зрізу біля 0,2 Гц. Сигнал на виході фільтра містить повільно мінливу складову, пропорційну середній швидкості магнітної стрічки. Зазначений сигнал подається на неінвертуючий вхід ОП DA5, інвертуючий вхід якого підключений до регульованого джерела напруги (R30,
R35, R37, R44, VD11).

Якщо швидкість стрічки дорівнює номінальній, а напруга на інвертуючому вході ОП DA5 установлена рівною середньому значенню вихідної напруги фільтра, відхилення вихідної напруги ОП DA5 від потенціалу нуля в ту або іншу сторону свідчить про відповідний дрейф швидкості стрічки.

Чутливість приладу по каналу дрейфу визначається коефіцієнтом підсилення ОУ DA5 і може коректуватися за допомогою резистора R45. Сигнал із виходу DA5 подається через резистор R48 і опір каналу транзистора VТ4 на вимірювальну головку РА1, а також на вхід двухпорогового компаратора на ОП
DA6.

Рівні порогів спрацьовування компаратора задаються діодами VD16,
VD17, прямо зміщеними за допомогою резисторів R52, R53. Якщо відхилення швидкості стрічки не перевищує меж виміру дрейфу (5%), то діоди VD16, VD17 залишаються відкритими, а вихідний потенціал ОУ DA6 – негативним.
Витікаючим базовим струмом відчиняється транзистор VТ8. Виникаюче при цьому світіння діода VD24 указує на нормальний режим виміру. Від'ємним потенціалом відчиняються також польові транзистори VТ4, VТ6, замикаючи ланцюг вимірювальних головок РА1, РА2.

Відхилення швидкості стрічки, що виходть за задані межі, призводить до перерозподілу струмів у вхідних ланцюгах компаратора, що викликає запирання діода VD16 або VD17. У будь-якому із цих випадків на виході ОП
DA7 з'являється високий потенціал, що замикає ключ на VТ8 у ланцюгу светлодіода і транзистори VТ4, VТ9, що комутирують вимірювальної головки.
Тим самим забезпечується захист вимірювальних головок від можливих перевантажень.

На вході каналу виміру детонації включений смуговий пасивний фільтр
(R29, C13, R31, C15, R33, C14), амплітудно-частотна характеристика якого близька до характеристики суб'єктивного сприйняття детонації.

На ОП DA4 у неінвертованному включенні виконаний масштабний підсилювач.Коефіцієнт передачі цього підсилювача, встановлюваний перемикачем SA2, визначають межі виміру детонації.

З виходу ОП DA4 сигнал, що характеризує коливання швидкості стрічки, подається на роз'ем XS3 "Вихід", до якого можуть підключатися вимірювальні прилади для візуального контролю й аналізу спектра коливань швидкості. Цей же сигнал надходить на двохполуперіодний квазіпіковий вольтметр, виконаний на основі ОП DA7.

Випрямлені напруги виділяються на резисторах R54, R55 і поступають на входи диференціального підсилювача з коефіцієнтом передачі, близьким до одиниці. Вихідний струм операційного підсилювача протікає по ланцюгу: резистор R68, канал польового транзистора VT9, вимірювальна головка РА2.

Генератор синусоїдальної напруги з частотою 3150 Гц виконаний на ОП
DA1, у ланцюг позитивного зворотного зв'язку якого включений смуговий RС- фільтр (R2, R1, R8, С2, С4). Стабілізація вихідної напруги здійснюється за допомогою керованого атенюатора, утвореного резисторами R7, R13 і опором каналу польового транзистора VT2. Точна установка частоти генерації здійснюється подстроечним резистором R1. При нормально розімкнутих контактах перемикача SA1 в ОП DA1 вводиться 100%-ний від'ємний зв'язок, що зриває коливання генератора. При включенні перемикача SA1 виникають автоколивання, що поступають на раз'ем XS2 "Генератор" і вхід детонометра.
Указаний сигнал може бути використаний для калібрування каналу дрейфу приладу, а також запису вимірювальної осцилограми.

1.4. Обгрунтування вибору елементної бази

Підбір елементної бази необхідно здійснювати враховуючи те, що блок повинен виконувати функції та зберігати експлуатаційні та технічні параметри та характеристики в межах норми ТУ під час та після впливу механічних навантажень, а також під час та після впливу кліматичних факторів.

Вибір опорів здійснюється з урахуванням того, що по колах тече постійний та імпульсний струми. Для таких кіл призначені ме-талоплівкові резистори (МЛТ). Ці резистори мають кращі електричні параметри, ніж вуглецеві та композиційні при порівнянно невеликій вартості. Резистори МЛТ
- неізольовані. Примітка: проміжні значення номінальних опорів відповідають рядам Е24, Е96 із допусками ( 1%, ( 2,0%, ( 5%, ( 10%. Параметри резисторів
МЛТ наведені в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2

Параметри резисторів МЛТ
|Діапазон |ТКС, 10-6, 1/0С в проміжку|Позначення групи ТКС |
|номінальних |температур | |
|опорів, Ом | | |
| |Від – 60 до |Від + 20 до +| |
| |+ 200С |1250С | |
|1 - 100 |( 5000 |( 5000 |Д |
|До 1(103 |( 1000 |( 500 |Д |
|10(103 – |( 600 |( 100 |В |
|0,1(106 | | | |
|10(103 – |( 200 |( 250 |Г |
|0,1(106 | | | |
|10(103 – |( 250 |( 50 |Б |
|0,1(106 | | | |
|Більше 1(106 |( 1200 |( 1000 |Ж |

Граничні експлуатаційні дані:
Рівень власних шумів – 1,5мкВ/В;
Температура навколишнього середовища: при номінальному електричному навантаженні від – 60 до + 700С; при зниженні електричного навантаження до 0,3 Рн від – 60 до +1250С;
Відносна вологість повітря при температурі + 3500С до 98%;
Знижений атмосферний тиск до 133 Па (1 мм. рт. ст.);
Гранично робоча напруга постійного струму:
0,125 Вт – 200В;
0,25 Вт – 250В;
0,5 Вт – 350В;
1 Вт – 500В;
2 Вт – 750В.
Мінімальний наробіток годин – 25000;
Термін зберігання – 25 років.

Відповідно з ГОСТ 10318-84 вибираємо резистори типу МЛТ потужністю
0,25 Вт та опором, необхідним відповідно за схемою електричною принциповою.

Як потенціометри приймаємо резистори, котрі мають покращені частотні якості. Такими резисторами відповідно з ГОСТ 10318-84 є проволочні змінні слабострумні резистори СПЗ-22. Їхні параметри наведені в таблиці 1.3.

Таблиця 1.3

Параметри резисторів СП3-22
|Найменування параметра |Значення параметра |
|1. Номінальна потужність розсіювання, Вт |0,25 |
|2. Номінальний опір, кОм |4,7 – 100 |
|3. Допустиме відхилення опору, % |± 5, 10 |
|4. Максимальна робоча напруга, В |250 |
|5. Інтервал робочих температур, °С |-60…+125 |
|6. Допустиме прискорення при: | |
|ударах, м/с |75 |
|вібраціях, м/с |20 |
|лінійних прискореннях, м/с |100 |
|7. Максимальний атмосферний тиск, Па |1,33·104 |
|8. ТКС 1/0С, |± 10 |

Примітка: проміжні значення номінальних опорів відповідають ряду
Е6,із допусками ( 20% (до 220х103 Ом); ( 30% (понад 220х103Ом).

В схемі використовуємо мікросхеми К155АГ1, К574УД1А, К140УД6, К140УД7,
К140УД8А. Ці мікросхеми мають малі масу і габарити, високу надійність при відносно невеликій вартості, що забезпечує їх широке використання в радіоелектронній апаратурі.

Операційні підсилювачі сериії К140 - це підсилювачі електричних сигналів, призначені для виконання різноманітних операцій над аналоговими величинами при роботі в пристрої з ООС. Основне призначення ОП - побудова пристроїв із фіксованим коефіцієнтом підсилення і точно синтезованою передатною функцією. Завдяки своїй універсальності і можливості багатофункціонального використання за допомогою ОП можуть бути зроблені
ППЧ, відеопідсилювачі, ПЗЧ і гетеродіни радіоприймачів, активні фільтри, генератори сигналів, стабілізатори джерел живлення, перетворювачі типу цифра - аналог і аналог - цифра, обмежувачі, що масштабують, логарифмічні, що диференціюють, що інтегрують і інші підсилювачі.

Конструктивно ОП серії К140 виконані в круглих металоскляних корпусах.

К140УД7 являє собою ОП загального призначення з внутрішньою частотною корекцією і пристроєм захисту виходу при коротких замиканнях. Номінальна напруга живлення ( 15 В ( 10%; струм споживання не більш 3,5 мА; опір навантаження не менше 2 кОм. Параметри мікросхем наведені в таблиці 1.4.

Таблиця 1.4

Параметри мікросхем серії К140
|Параметри |Значення |
| |К140УД7 |К410УД6 |К140УД8А |
|Uи.п, В, робочий діапазон |( 5….16,5 |( 5…….18 |( 6….16,5 |
|Uсм, мВ, не більш |( 9 |(10 |( 50 |
|(Uсм/(То, мкВ/оС, не більш |6 |20 |50 |
|Iвх, нА, не більш |400 |100 |0,2 |
|Кu, не менш |30000 |30000 |50000 |
|Vu вих,В/мкс, не менн |0,3 |2 |2 |
|Kос.сф, дБ, не менш |70 |70 |70 |
|Uвх, В |( 12 |(15 |( 10 |
|Uсф.вх, В |( 12 |( 11 |( 10 |
|Rвх, кОм, не менш |400 |1000 |1 |
|Uвих В, не менш |(10,5 |(11 |(10 |
|f1, МГц |0,8 |1 |1 |

К140УД8А являє собою ОП загального призначення. Мікросхема має на вході польові транзистори , що дозволяє одержувати мінімальний шумовий сигнал. у мікросхемі застосований пристрій внутрішньої корекції , що забезпечує підсилювачу стійку роботу без зовнішніх елементів. Номінальна напруга живлення ( 15 В ( 15%; струм споживання не більш 5 мА; опір навантаження не менше 2 кОм.

Мікросхеми серії К155 представляють комплекс напівпровідникових логічних схем , виконаних на основі ТТЛ по планарно-епітаксиальній технології. Призначені для побудови вузлів ЕОМ і пристроїв дискретної автоматики середньої швидкодії (до 10 МГц). Напруга живлення + 5 В ( 5%, допустимий рівень пульсації не більш 50 мВ. Мінімальна напруга логічної 1 на виході мікросхеми не менше 2,4 В. Для нормальної роботи мікросхеми час наростання і спаду вхідних імпульсів повинен бути не більш 150 нс (крім схем із відкритим колекторним виходом, для котрих цей час не обмежується).
Струм споживання в стані:
«0» - 20мА;
«1» - 10мА; затримка нс,не більш: включення – 15; вимикання – 22.

В даній схемі використовується малопотужний силовий трансформатор.
Вибираємо трансформатор з магнітопроводом броньового типу.

В якості стабілітронів вибираємо стабілітрони КС133А, Д818Е, Д814А,
Д814Б. Їхні параметри наведені в таблиці 1.5.

Таблиця 1.5

Параметри стабілітронів
|Тип |Uст, В |rст, Ом, не |Іст. max, мА |Іст. mіn, мА |
| | |більш | | |
|КС133А |3,3 |65 |81 |- |
|Д814А |5,6 |0,9 |1400 |50 |
|Д814Б |6,8 |1,2 |1150 |50 |
|Д818Е |47 |22 |110 |10 |

Вибираємо транзистори КТ3102Д, КП303Е, КП301В, КТ503Б, КТ361Г,
КТ815Б, КТ814Б, параметри яких наведені в таблиці 1.6.

Таблиця 1.6

Параметри транзисторів
|Тип |UКБ |UКЕО |ІК max,|h21е |fгр, |ІКБО, |Ск, пФ,|?к, пс,|
| |max, В|max, В |мА | |МГц, не|мкА, не|не |не |
| | | | | |менш |більш |більш |більш |
|КТ361Г |35 |35 |50 |50 - |250 |1 |7 |250 |
| | | | |350 | | | | |
|КТ3102Д |30 |30 |100 |200 - |150 |0,05 |6 |100 |
| | | | |500 | | | | |
|КТ503Б |40 |25 |0,3 |80 - |- |- |- |- |
| | | | |240 | | | | |
|КТ814Б |40 |- |1,5 |40 |3 |0,05 |- |- |
|КТ815Б |40 |- |1,5 |40 |3 |0,05 |- |- |

В якості індикаторів використовуються світлодіодний індикатор типу
АЛ307Б та лампа ТН-2. Перевага світлодіодних індикаторів перед вакуумними: менша напрута живлення, менша споживана потужність, менші габарити та маса.

В якості імпульсних діодів відповідно з ГОСТ 19613-80 використовуємо діоди КД521А, КД521Б, ГД507А а для випрямляча вибираємо випрямні блоки
КЦ407А. Їхні параметри наведені в таблиці 1.7.

Таблиця 1.7

Параметри імпульсних діодів
|Тип |Uобр.max, В |Uпр, В, не |Іпр.max, мА |Іобр, мкА, |Сд, пФ, не |
| | |більш | |не більш |більш |
|ГД507А |20 |0,5 |16 |50 |0,8 |
|КД521А |75 |1,0 |50 |1 |10 |
|КД521Б |12 |1,0 |50 |1 |10 |

В відповідності з ГОСТ 21415-85 вибираємо конденсатори керамічні КМ-6 та окисні К50-6, параметри яких наведені в таблиці 1.8., та таблиці 1.9.

Таблиця 1.8

Таблиця 1.9

У схемі застосовуються перемикачі П2К та ПГ3, які мають параметри, наведені в таблиці 1.10.

Таблиця 1.10

-----------------------

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Р-4260.024.001ПЗ

Арк.

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Р-4260.024.001ПЗ

Арк.

Р-4260.024.001ПЗ

Дата

Підпис

№ докум.

Арк.

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Р-4260.024.001ПЗ

Арк.

Р-4260.024.001ПЗ

Дата

Підпис

№ докум.

Арк.

Зм.

Арк.

Р-4260.024.001ПЗ

Дата

Підпис

№ докум.

Арк.

Зм.

Арк.

Р-4260.024.001ПЗ

Дата

Підпис

№ докум.

Арк.

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Р-4260.024.001ПЗ

Арк.

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Р-4260.024.001ПЗ

Арк.

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Р-4260.024.001ПЗ

Арк.

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Р-4260.024.001ПЗ

Арк.