Расчет электрической схемы

Пояснительная записка

К курсовому проекту

По дисциплине «Электротехника и электроника»

 

«Кодоимпульсный аналого-цифровой преобразователь»

Принял: Преподаватель

______________________

          подпись, дата

Выполнил: студент

гр.

_______________________

           подпись, дата

 

Омск –

Реферат

 

Пояснительная записка 18 с., 8 рис., 6 табл., 12 источников

СЧЕТЧИК, ЦАП, КОМПАРАТОР, РЕГИСТР, ЛОГИЧЕСКАЯ МИКРОСХЕМА, операционный усилитель.

Цель работы – разработка кодоимпульсного аналого-цифрового преобразователя с возможностью считывания результатов в ЭВМ, работающего в автоматическом режиме и имеющей большое входное сопротивление.
Содержание

 

Введение.. 6

1 Расчет на структурном уровне.. 7

1.1 Распределение погрешностей. 8

1.2 Счетчик. 8

1.3 Опорный генератор. 8

1.4 Компараторы.. 8

1.5 ЦАП.. 9

2 Расчет электрической схемы... 10

2.1 Выбор схемы.. 10

2.2 Выбор элементов схемы.. 10

3 Анализ метрологических характеристик.. 15

4 Электрическое моделирование.. 17

Список литературы... 19

 

Введение

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство, осуществляющее преобразование непрерывно изменяющегося аналогового сигнала в цифровой код.

В кодоимпульсном АЦП дискретизация происходит по величине напряжения. Метод преобразования характеризуется наличием нескольких мер, равных числу разрядов кода; комбинации мер по логической программе сравниваются с измеряемой величиной [6].
1 Расчет на структурном уровне

В основе проектирования АЦП было положено кодоимпульсное преобразование, реализующее следящее уравновешивание.

В качестве базовой была взята схема из [6], реализующая выбранный метод преобразования. Эта схема, несколько преобразованная, изображена на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Преобразованная схема АЦП

Порядок следования сигнала следующий: на входы операционного усилителя подается входное напряжение и, компенсирующее его, напряжение с ЦАП (при этом усилитель в зависимости от разности напряжений может работать и в своем основном режиме и в режиме насыщения, алгоритм работы такой, что разностный сигнал удерживается в пределах разрешающей способности АЦП). Далее с помощью двух компараторов и схемы 2ИЛИ происходит определение режима изменения кода в зависимости от полярности сигнала. После этого сигнал подается на счетчик, который выполняет тактирование (по входу С), при этом счетчик работает только тогда, когда с блока управления есть разрешающий сигнал (по входу R). Далее используя ЦАП, сигнал преобразуется в напряжение и выводится для сравнения с заданным входным. Процесс повторяется снова.

Таким образом, по истечению времени преобразования, в счетчике мы получим требуемое значение.

Распределение погрешностей

Исходя из требований ТЗ погрешность АЦП не должна превышать 1%. За максимальную методологическую погрешность (прежде всего погрешность дискретности) взята

δ_м =0.25%

Отсюда на приборную погрешность приходится:

δ_п =1% - δ_м =0.75%

По основной цепи преобразования распределение погрешности представлено в Таблице 1

Таблица 1

Элемент	Допустимая погрешность
Усилители	≤0.01%
Компараторы	≤0.01%
Схема И-НЕ	~0%
Схема ИЛИ	~0%
Счетчик	~0%
АЦП	0.1%

 

Счетчик

В качестве счетчика берется двоичный реверсивный счетчик. Его разрядность определяется исходя из величины методологической погрешности (δ_м)

Вначале определяется ступень квантования:

Δ=0.0025*10=0.025

Соответственно емкость счетчика высчитывается следующим образом:

                                                                                                       (1)

Отсюда разрядность счетчика N=9 (наименьшая целая степень двойки при которой получается число покрывающая емкость счетчика).

Опорный генератор

Частота опорного генератора высчитывается по формуле из [6]:

МГц                                                                                            (2)

Компараторы

В связи с заданием ступени квантования важно определить для компаратора опорное напряжение и максимальную ширину зоны неопределенности, это можно сделать по формуле 3 из [6].

                                                                                         (3)

                                                                              (4)

 

ЦАП

ЦАП в схеме должен быть девяти разрядным. Согласно [3] такой ЦАП в униполярном режиме не поддерживается стандартом. Поэтому в данной схеме берется десятиразрядный ЦАП, после которого строится усилительная схема для соответствия входных активных разрядов и выходных напряжений, а также умножения напряжения.

Так, если при 10 разрядах напряжение было U_max=1В, то

                                                                                                 (5)

В тоже время максимальное выходное напряжение должно соотносится к коду на входе системы, так чтобы при максимуме мы получили 10 В (для минимального это соотношение выполняется U_min=0). Для этого необходимо подобрать коэффициент усиления:

0.9К=107

К=10/0.9=11,11

Корректирующее устройство представляет собой инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 11,11 и максимальным выходным напряжением не менее 10 В.

 

Расчет электрической схемы

Выбор схемы

В качестве элементарной базы было выбрано КМДП так как:

· Она способна обеспечить заданное быстродействие

· Эта серия является полной и способной синтезировать АЦП, заданного вида

· По энергопотреблению серия является рекомендуемой, т.к. считается, что при частоте меньшей 3МГц потребление мощности на схемах КМОП меньше чем у ТТL (в данной схеме f = 0.4 МГц).

 

Выбор элементов схемы

Регистр