close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Отчётмой

код для вставкиСкачать
ФГБОУ ВПО ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
Факультет "Информатика и Вычислительная техника"
Кафедра "Вычислительная техника"
Пояснительная записка к курсовой работе по:
"Схемотехнике аналого-цифровых устройств"
Компаратор с гистерезисной характеристикой для сравнения сигналов разной полярности.
Вариант 7-2-4.
Выполнил:
студент гр. 6-78-2 Морозов Н. О. Принял: к.т.н., доцент
Сяктерев В.Н.
Ижевск 2013.
Оглавление
Часть 1
Исходные данные 3
Принцип работы схемы 4
Расчет схемы 7
Расчет точности параметров устройства 9
Моделирование работы схемы на компьютере 10
Вывод 11
Часть 2
Описание интегральной схемы К1108ПА1 12
Список литературы 14
ЧАСТЬ 1
Исходные данные.
Вариант: 7-2-4:
7 - номер схемы: Компаратор с гистерезисом для сравнения разнополярных сигналов.
2 - номер технических условий на проектирование:
Uв.т.с. = 3,6 В;
Uн.т.с. = 2,7 В;
Uвых.max = 12 В;
Rэкв. = 10 кОм.
Токр.ср.= ± 40ºС
4 - номер интегральной схемы: К1108ПА1
Принцип работы схемы.
Подаваемые на компаратор сигналы имеют разную полярность, поэтому для реализации их сравнения оба сигнала подаются на один вход.
Для повышения помехоустойчивости в компаратор вводится гистерезис, который достигается путем включения более высокого опорного напряжения, когда входной сигнал изменяется от меньшего значения к большему по сравнению с опорным напряжением, и наоборот, когда значение входного сигнала изменяется от большего значения к меньшему - путем включения низкого опорного напряжения. При этом большее значение опорного напряжения называется напряжением в верхней точке срабатывания компаратора, а меньшее - срабатывание в нижней точке. Введение гистерезиса в работу компаратора несколько снижает точность сравнения, однако, делает его не восприимчивым к шумам и помехам.
Гистерезисными называют схемы сравнения, у которых передаточная характеристика неоднозначна. Реализуется гистерезисная характеристика путем введения положительной обратной связи. Рис.1.Схема компаратора с гистерезисом.
АПХ такого компаратора имеет следующий вид (рис.2):
Рис.2. АПХ компаратора с гистерезисом.
Отличительные признаки компаратора с гистерезисом от однопорогового можно увидеть на приведенных временных диаграммах (рис.3). Если наложить на входной сигнал шумы (график 1), то у однопорогового компаратора происходит много "лишних" переключений (график 2). А компаратор с гистерезисом исключает "лишние" переключения (график 3).
Пусть в исходном состоянии входное напряжение равняется нулю, тогда состояние выхода определяется напряжением в точке Б. Так как напряжение присутствует на неинвертирующем входе, то на выходе будет напряжение положительной полярности:
.(U1≈Uвых.max.)
Поэтому рассматриваемое состояние является устойчивым и может поддерживаться сколь угодно долго до тех пор, пока изменяющееся входное напряжение не приведет к тому, что напряжение в точке А будет равно . В этот момент произойдет изменение выходного напряжения компаратора от до . Вследствие этого на неинвертирующем входе компаратора установится напряжение:
.
До тех пор, пока входное напряжение не приведет к тому что UА=.
Сравниваемые напряжения разной полярности подаются на один (инвертирующий) вход. Благодаря действию положительной обратной связи схема имеет два устойчивых состояния. Переход от одного состояния к другому определяется соотношением напряжений на входах компаратора. Напряжение на инвертирующем входе () определяется по формуле:
Условие переключения схемы определяется равенством . Входное напряжение можно определить по формуле . Допустим, что в исходном состоянии на выходе компаратора . В этом случае переключение компаратора произойдет при переходе , которое определяется . А определяется по следующей формуле: , так как переключение произойдет при = , то справедлива следующая формула:
При переходе схемы в другое состояние выходное напряжение, а значит и потенциал неинвертирующего входа, становится близким к 0, и напряжение на входе, определяющее в данном случае нижний порог срабатывания схемы, становится равным
Расчёт схемы.
Из принципа работы и исходного задания получаем следующее:
1) Выберем компаратор К521СА6. Для его питания необходимы источники напряжения +12В и -12В. Используем напряжение -12В в качестве опорного напряжения.
2) Вычисление номиналов резисторов R1 и R2.
Номиналы резисторов R1 и R2 определим из заданного сопротивления внешней цепи, подключенной к инвертирующему входу компаратора, напряжения нижней точке срабатывания и выбранного опорного напряжения. Из полученного выражения получаем, что Подставляя во второе выражение, находим :
3) Вычисление номиналов резисторов R3 и R4 .
Номиналы резисторов R3 и R4 определим из заданного сопротивления внешней цепи, подключенной к неинвертирующему входу компаратора, а также из определенных значений R1 и R2:
Подставляя значения величин в систему получаем:
Приравняем первое и второе уравнения системы и выразим одно из неизвестных:
Подставим найденное значение R4 во второе уравнение системы:
Подберем из стандартного ряда сопротивлений номиналы, наиболее близкие к рассчитанным. Таким образом:
R*1 = 12.3 кОм, R*2 = 54.2 кОм, R*3 = 10.6 кОм, R*4 = 164 кОм.
Расчет точности параметров устройства.
Рассчитаем значения верхней и нижней точек срабатывания для выбранных номиналов резисторов:
Рассчитаем относительные ошибки для рассчитанных напряжений верхней и нижней точек срабатывания:
Моделирование работы схемы на компьютере.
Компаратор К521СА6 в выходном каскаде имеет транзистор с открытым коллектором. Для балансировки выходного сигнала такого компаратора устанавливается резистор R5 на выход схемы. Обычно его значение находится в пределах 520-600 Ом ,так же можно вычислить по формуле.
С учётом выходного каскада смоделируем схему в MicroCap.
Рис.4. Схема компаратора с гистерезисом в среде MicroCap.
Рис.5. Временная диаграмма и АПХ компаратора с гистерезисом.
Смоделированные значения напряжений верхней и нижней точек срабатывания:
Вывод:
Входе выполнения проекта исходя из принципа работы компоратора, нами были вычислины необходимые номиналы резисторов ,,,. Затем сопоставив с реальными резистарами получили следующие значения R*1 = 12.3 кОм, R*2 = 54.2 кОм, R*3 = 10.6 кОм, R*4 = 164 кОм. Далее смоделировали данную нам схему в среде MicroCap. В итоге конечного моделирования мы получили результаты, которые немного расходятся с исходными данными. Это можно объяснить тем , что данные которые мы получали в ходе вычисления были приближённые. Вычислим погрешность: - где , - напряжения верхней и нижней точек срабатывания, полученные в результате моделирования.
Часть 2
Описание интегральной схемы К1108ПА1.
Микросхема 12-разрядного ЦАП типа К1108ПА1 предназначена для построения блоков аналогового ввода-вывода с повышенным быстродействием. Микросхема выполняет функцию линейного преобразования 12-разрядного параллельного кода в выходной униполярный или биполярный ток и допускает согласование с ТТЛ ЦИС.
Преобразователи К1108ПА1 изготавливаются по биполярной технологии с диэлектрической изоляцией . Элементы презиционной РМ нанесены на поверхность кристалла по тонкопленочной технологии. Подгонка резисторов РМ производится лазерным лучом. Микросхема К1108ПА1 конструктивно оформлена в 24-выводном металло-керамическом корпусе типа 210Б.24-1 с вертикальным двухрядным расположением выводов.
В состав ИС входят 12 идентичных токовых ключей, схема стабилизации тока ключей, РМ комбинированного (взвешенного и R-2R) типа. Преобразование осуществляется по принципу суммирования двоично-взвешенных токов. Равенство токов в токовых ключах достигнуто за счет высокой идентичности элементов ИС, а их стабилизация производится от внешнего опорного источника с помощью специальной схемы на основе встроенного ОУ. Микросхема активно применяется в составе генератора функций.
Нумерация и назначение выводов: 1 - напряжение источника питания UCC1;
2 - напряжение источника питания UCC2; 3 - выход ОУ компенсации;
4 - опорное напряжение U REF; 5 - вывод резистора; 6 - общий вывод матрицы R - 2R; 7 - вывод резистора; 8 - аналоговый выход; 9 - вывод резистораобратной связи RОС2; 11 - вход ОУ компенсации; 12 - общий; 13 цифровой вход 1 (СР); 14 - 23 - цифровые входы 2 - 11; 24 - цифровой вход 12 (МР).
Основные электрические параметры, при t=25-10°C: Не менееНе болеечисло разрядов b12-дифференциальная
нелинейность δLD, %0,0240,024время установления выходного тока tsI, нс:К1108ПА1А-400К1108ПА1Б-700абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы δFa, МР-3030ток потребления ICC1, мА1515ток потребления ICC2, мА4646
Микросхема ЦАП К1108ПА1 работает от двух источников питающих
напряжений UCC1=5 В ± 5%, UCC2=15 В ± 5% и от ИОН с UREF=10,24 В ± 1 %.
Микросхема может работать в режиме суммирования токов на внешнем
резисторе в составе АЦП последовательного приближения. Тогда
напряжение на выходе 8 не должно превышать ± 1 %.
Список литературы.
1. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
2. Применение компараторов в аналого-цифровых устройствах: метод. указания к лабораторной работе по курсу "Схемотехника аналого-цифровых устройств"- сост. В.А. Куликов, В.Н. Сяктерев, В.В. Сяктерева. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2008. - 32с. 3. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы. - М: Советское радио, 1979 г.
4. Операционные усилители и компарат оры - Додэка-XXI 2001.
2
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
41
Размер файла
703 Кб
Теги
отчётмой
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа