Gesamtschaltplan

Dimensionierung und Erstellung eines Gesamtschaltplans

Um den oben gezeigten Signalflussplan in eine diskrete Schaltung umzuwandeln, mussten die im Plan dargestellten Boxen in reale Schaltungsblöcke übersetzt und hierfür geeignete Bauteile gefunden werden.

Daraus ergeben sich folgende Realisierungen für die jeweiligen Blöcke:

Einheit

Realisierung

Rechteck-Oszillator

Timerbaustein mit entsprechender Beschaltung

NOT

NOT-Logik-Gatter

n-MOS

n-Kanal MOSFET

IR-Emitter

IR-LED

IR-Receiver

IR-Photodiode

Hochpass

Operationsverstärkerschaltung

Rauschpegeleinstellung

Spannungsteiler

Komparator

Operationsverstärkerschaltung

AND

AND-Logik-Gatter

Integrierer

Operationsverstärkerschaltung

Invertierer

Operationsverstärkerschaltung

 

Folgende Liste gibt einen kurzen Überblick über die Anforderungen an die jeweiligen Bauelemente und die von mir getroffene Wahl:

Bauteil

Anforderungen

Ergebnis

Timer

    Generation eines Rechteckimpulses mit Duty-Cycle-Verhältnis von 0,996

    möglichst steile Flanken am Ausgangssignal

ALD7555 (C-MOS-Timer); NE555 für Testzwecke ausreichend

NOT-Gatter

möglichst geringe Delay-Zeit

74HC04

n-MOSFETs

möglichst geringe Schalt- und Delay-Zeiten

IPP80CN10NG

IR-Emitter

    Wellenlängen-Peak möglichst zwischen 930 und 940nm, da hier lokales Minimum im Spektrum des Sonnenlichts

    möglichst geringe Schaltzeiten

    möglichst kleinen Abstrahlwinkel

SFH4239

IR-Receiver

    maximale Empfindlichkeit auch bei 940nm

    möglichst schmales erfassbares Frequenzband um die 940nm

    kurze Schaltzeiten

SFH317

Op-Amps

    möglichst kurze Schaltzeiten

    möglichst hohe Slew-Rate

    möglichst geringe Settling-Time

LT1227

AND-Gatter

möglichst geringe Delay-Zeit

74HC08

Spannungsregler

hohe Belastbarkeit

LM317

Step-Up-Regler

möglichst konstante Ausgangsspannung

MC34063A

DC/DC-Konverter

möglichst konstante Ausgangsspannung

ICL7660

 

Aus diesen Bauteilen habe ich Block für Block einen Gesamtschaltplan erstellt: Angefangen mit der Timer-Schaltung mit nachgeschaltetem NOT-Gatter, über die gesamte Stromversorgung und die Emitter- und Receiver-Einheiten, bis zu den vier Operationsverstärker-Stufen.

Der Gesamtschaltplan (erstellt mit EAGLE) sieht dann folgendermaßen aus:

Bild 1: Gesamtschaltplan des Eigenbau-Abstandssensors