С 17 марта 2020 г. для образовательных ресурсов Электронной библиотеки СПбПУ установлен особый режим их использования

Details

Title: Прецизионный источник тока для измерения вольт амперных характеристик: выпускная квалификационная работа бакалавра: 11.03.01 - Радиотехника
Creators: Окулов Даниил Александрович
Scientific adviser: Груздев Александр Станиславович
Organization: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Институт физики, нанотехнологий и телекоммуникаций
Imprint: Санкт-Петербург, 2018
Collection: Выпускные квалификационные работы; Общая коллекция
Subjects: источник тока; биопотенциал; прецизионные усилители; схематехнические решения
Document type: Bachelor graduation qualification work
File type: PDF
Language: Russian
Speciality code (FGOS): 11.03.01
Speciality group (FGOS): 110000 - Электроника, радиотехника и системы связи
Links: Отзыв руководителя
DOI: 10.18720/SPBPU/2/v18-5734
Rights: Свободный доступ из сети Интернет (чтение)

Allowed Actions:

Action 'Read' will be available if you login or access site from another network

Group: Anonymous

Network: Internet

Annotation

В ходе работы был разработан прецизионный источник постоянного малого тока с малыми погрешностями, а также рассмотрены области его применения в медицине и инженерном деле. Произведён подбор элементной базы, составление коммутационной схемы устройства, а также виртуальное моделирование некоторых основных узлов разрабатываемого устройства.

Document access rights

Network User group Action
ILC SPbPU Local Network All Read
Internet Authorized users Read
-> Internet Anonymous

Table of Contents

  • Введение
  • ГЛАВА 1. Особенности коммутации и функционирования элементной базы
    • 1.1 Микроконтроллер
    • 1.2 Оптрон
    • 1.3 Цифро-аналоговый преобразователь
    • 1.4 Источник тока
    • 1.4.1 INA118U
    • 1.4.2 AD8244
    • 1.4.3 Логика работы источника постоянного тока
    • 1.5 Система самотестирования устройства
  • Важно упомянуть, что для связи с внешним миром был выбран разъём SP1310/S3 с позолоченными выводными контактами, что минимизирует потерю в точках коммутации. Также стоит отметить, что подключение реализовано по схеме Герца.
    • 1.6 Промежуточный усилитель
    • Следовательно, коэффициент усиления последующего каскада должен составлять как минимум 100 (К=100). Таким образом в АЦП поступает сигнал в 10 В, чего вполне достаточно для предотвращения искажений данных ввиду малости сигнала. Таким образом, исходя из...
    • 1.7 Аналого-цифровой преобразователь
    • 1.8 Цепи питания элементной базы
  • После чего данное напряжение падает на прецизионный источник опорного напряжения (ИОП) 10В REF01CSZ [12].
  • Рис.1.16.Расположения выводов микросхемы REF01CSZ
  • Технические характеристики:
  •  Диапазон входного напряжения: 12 В-36 В
  •  Выходное напряжение: 10 В
  •  Погрешность выходного напряжения: ±0.1 В
  •  Диапазон регулировки выходного напряжения: ±0.3 В
  •  Температурный коэффициент: 20 ppm/C
  •  Минимальное падение напряжения на выходе ИОП: 2 В
  •  Ток потребления в режиме покоя: 1 мА
  •  Максимальный ток потребления в рабочем режиме : 8 мА
  •  Ток короткого замыкания: 30 мА
  •  Шум выходного напряжения: 30мкВ
  •  Погрешность выходного напряжение через 1000 часов работы: 50 ppm
  •  Время установки выходного напряжения с точностью 0.1 %: 5 мкС
  •  Диапазон рабочей температуры: -40С …+85С
  •  Корпус: SOIC-8
  • Вывод № 1, 8, 7 (NC): не используются
  • Вывод № 2 (VIN): ввод напряжения питания
  • Вывод № 3 (TEMP): выход встроенного температурного датчика
  • Вывод № 4 (GND): общий контакт нулевого потенциала
  • Вывод № 5 (TRIM): подстройка выходного напряжения
  • Вывод № 6 (VOUT): выходное напряжение
  • 10 В с данного источника поступает на двухканальные малошумящие операционные усилители SA5532DR также в корпусе SOIC-8 [13].
  • Технические характеристики: (1)
  •  Максимальный диапазон напряжения питания: ±22 В
  •  Оптимальный диапазон напряжения питания: ±5…±15 В
  •  Входной ток: ±10 мА
  •  Диапазон рабочей температуры: -40С …+85С (1)
  •  Напряжение смещения: 05 мВ
  •  Смещение ток сдвига: 10 нА
  •  Входной ток смещения: 200 нА
  •  Входное сопротивление 300 кОм
  •  Выходное сопротивление 0.3 Ом
  •  Ток короткого замыкания: 38 мА
  •  Максимальный ток потребления в рабочем режиме : 16 мА
  • Вывод № 1(1OUT): выход первого усилительного каскада
  • Вывод № 2 (1IN-): отрицательный вход первого усилительного каскада
  • Вывод № 3 (1IN+): положительный вход первого усилительного каскада
  • Вывод № 4 (Vсс-): отрицательный потенциал питания усилителя
  • Вывод № 5 (2IN+): положительный вход второго усилителя
  • Вывод № 6 (2IN-): отрицательный вход второго усилителя
  • Вывод № 7 (2OUT): выход второго усилительного каскада
  • Вывод № 8 (Vсс+): положительный потенциал питания усилителя
  • 5 В с данного разъёма поступает на линейный регулятор с низким падением напряжения LM1117 в корпусе sot223 [14], на выходе которого в свою очередь присутствуют 3.3 В, необходимые для питания микроконтроллера.
  • Рис.1.19. Конфигурация выводов линейного регулятора LM1117
  • Технические характеристики: (2)
  •  Максимальное входное напряжение: 15 В
  •  Диапазон рабочей температуры: 0…125 С
  •  Максимальный выходной ток: 800 мА
  •  Диапазон выходного напряжения: 3.235 В…3.365 В
  •  Максимальное падение напряжения на выходе: 1.3 В
  •  Ток потребления в режиме покоя: 5 мА
  •  Погрешность выходного напряжение через 1000 часов работы: 0.3 %
  • Данное напряжение 3.3 В входит в микроконтроллер, проходя перед этим через фильтрующую цепь, рекомендованную заводом изготовителем контроллера STM32F205RBT6 [4] (рис.1.20.)
  • Рис.1.20 Фильтрующая цепь STM32F205RBT6
  • ГЛАВА 2. Расчёт и эксперимент
  • ГЛАВА 3. Стоимость комплектующих и печатной платы
  • Заключение
  • В заключении можно сказать, что было разработано устройство, отвечающее целям и задачам, обозначенным во введении.
  • В процессе была разработана полная коммутационная схема устройства, которая указана в приложении 3. Также в интерфейс был внедрён разъём для подключения дисплея, с целью вывода данных в режиме реального времени и автономности работы устройства.
  • Также была спроектирована печатная плата для установки всех компонентов. Чертёж печатной платы приведёт в приложении 4.
  • Устройство способно подавать токи ±10 мкА с достаточно малой погрешностью, потеря токов в коммутационном узле сведена к минимуму посредством использования позолоченных контактов, а точность работы обусловлена подбором высококачественных компонентов, а...
    • Особенности применения данного устройства в медицинских целях были почерпнуты в личной беседе с заведующим кафедрой функциональной диагностики СПб НИПНИ им. В.М. Бехтерева, где была выражена заинтересованность в практическом примирении данной разработки.
  • Список литературы
  • 1. Микрополяризация головного мозга // Национальный медицинский исследовательский центр психиатрии и неврологии им. В.М. Бехтерева – [Санкт-Петербург, 2018]. – URL: http://www.bekhterev.ru/search/?searchid=2189077&text=%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%...
  • 2. Исследование нервной системы с помощью функциональной диагностики // ЦЕЛТ многопрофильный медицинский центр – [Москва, 2016]. – URL: https://www.celt.ru/articles/art/ehlektronejromiografiya-i-ehlektromiografiya-issledovanie-nervnoj-sistemy.phtml. (...
  • 3. Иванов М.Т., Сергиенко А.Б., Ушаков В.Н. Радиотехнические цепи и сигналы. – СПб.: Питер, 2014. — 336 с.
  • 4. Документация для микроконтроллера STM32F205RBT6 // ST – URL: http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/bc/21/42/43/b0/f3/4d/d3/CD00237391.pdf/files/CD00237391.pdf/jcr:content/translations/en.CD00237391.pdf – (дата обращен...
  • 5. Документация для оптрона TPL281-4GB // ST – URL: http://media.digikey.com/PDF/Data%20Sheets/Toshiba%20PDFs/TLP281(-4).pdf – (дата обращения 10. 05. 2018).
  • 6. Документация для цифро-аналогового преобразователя AD5541// ST – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD5541_5542.pdf – (дата обращения 11. 05. 2018).
  • 7. Документация для прецизионного инструментального усилителя INA118U//ST – URL: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina118.pdf – (дата обращения 13. 05. 2018).
  • 8. Документация для буферного усилителя AD8244 // ST – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8244.pdf – (дата обращения 15. 05. 2018).
  • 9. Документация для релейного элемента G6K-2F-Y3VDC // ST – URL : http://www.farnell.com/datasheets/708329.pdf – (дата обращения 16. 05. 2018).
  • 10. Документация для прецизионного инструментального усилителя AD8422ARZ // ST – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8422.pdf – (дата обращения 18. 05. 2018).
  • 11. Документация для аналого-цифрового преобразователя AD4002 // ST – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ad4002-4006-4010.pdf – (дата обращения 21. 05. 2018).
  • 12. Документация для источника опорного напряжения REF01CSZ // ST – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/REF01_02_03.pdf – (дата обращения 23. 05. 2018).
  • 13. Документация для операционного усилителя SA5532DR // ST – URL: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne5532.pdf – (дата обращения 23. 05. 2018).
  • 14. Документация для линейного регулятора LM1117 // ST – URL: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm1117.pdf – (дата обращения 25. 05. 2018).

Document usage statistics

stat Document access count: 30
Last 30 days: 2
Detailed usage statistics