Разработка преобразователя сопротивление/длительность импульса

НОВОСИБИРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ  АВТОМАТИКИ  И  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ  ТЕХНИКИ

КАФЕДРА СИСТЕМ СБОРА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СХЕМОТЕХНИКА»

Тема: «Преобразователь сопротивление/длительность импульса»

Группа:   АТ-33        

Вариант: 6                                                                                                Преподаватель:

Студент: Шадрина А.В.                                                                           Еленычев С.В.

2006

Содержание

Введение                                                                                                                                                        3

1.  Техническое задание                                                                                                                       4

2.  Структурная схема                                                                                                                           4

3.  Расчёт принципиальной схемы                                                                                                       5

3.1.   Выбор элементной базы                                                                                                               8

3.2.   Анализ погрешностей                                                                                                                   11

Заключение                                                                                                                                                   15

Список литературы и web-источников                                                                                                      15

Принципиальная схема                                                                                                                                16

Перечень элементов                                                                                                                                     17

Введение

При проектировании микроэлектронной аппаратуры обработки аналоговых сигналов часто требуется перейти от одного вида аналогового сигнала к другому. В этих случаях используются схемы взаимного преобразования аналоговых величин, к которым относятся напряжение, интервал времени, ток, сопротивление, температура и т. д.

Целью данной работы является разработка преобразователя сопротивление/длительность импульса.  По своей сути это преобразование сопротивление-напряжение-время. Преобразователи сопротивления в напряжения находят применение при построении омметров и измерительных приборов с резистивными первичными преобразователями. При неизменном токе падение напряжения на резисторе пропорционально его сопротивлению. А широтно-импульсная модуляция (преобразование напряжение-время) может использоваться как промежуточный этап при переходе от аналоговых к цифровым величинам. Длительность временного промежутка легко измерить, подсчитав число импульсов напряжения стабильной опорной частоты, которое прошло за этот промежуток. Сделать это можно с помощью счетчика, на счетный вход которого поступают импульсы опорной частоты (собственно, импульсы со спроектированного преобразователя), а на вход разрешения счета – измеряемый импульс. При этом на выходе счетчика сразу получается цифровой код N, пропорциональный измеряемому напряжению.

В итоге в данной разработке конечной целью является получение зависимости, в которой входное сопротивление пропорционально напряжению на выходе преобразователя сопротивление-напряжение, которое в свою очередь пропорционально времени, прошедшего от момента перехода линейно изменяющегося сигнала (который подаётся с генератора ЛИН) через ноль и до срабатывания устройства сравнения. Т.е. .

1.  Техническое задание

Разработать преобразователь сопротивление/длительность импульса. Пределы измерения сопротивления: 10 кОм, 100 кОм. Номинальная длительность выходного импульса 40 мс. Частота следования импульсов 12,5 Гц. Выходной сигнал должен иметь ТТЛ-совместимые уровни. Мощность, рассеиваемая измеряемым сопротивлением, не должна превышать 50 мкВт. Предел приведённой относительной погрешности  в диапазоне температур окружающей среды .

2.  Структурная схема

 

Рис.1. Структурная схема преобразователя сопротивление/длительность импульса

Преобразователь сопротивление-напряжение:если через резистор  пропускать неизменный ток, то падение напряжения на резисторе будет пропорционально его сопротивлению, т.е. . После этого выходной сигнал  можно усилить в необходимое количество раз, например, с помощью неинвертирующего усилителя.

Генератор линейно изменяющегося напряжения: в основе метода формирования сигнала с широтно-импульсной модуляцией используется та же идея, что и в АЦП развертывающего типа - на положительный вход устройства сравнения подается преобразуемый постоянный сигнал, на отрицательный вход – линейно изменяющийся во времени сигнал. Поэтому в данной работе проектируется ГЛИН. ГЛИН может быть спроектирован разными способами и, безусловно, каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Устройство сравнения: на практике в качестве устройства сравнения применяется компаратор напряжения, на входы которого подаются преобразуемое напряжение  и сигнал с выхода генератора треугольных или пилообразных импульсов . Устройство будет срабатывать в момент равенства напряжений на его входах, таким образом, время , прошедшее от момента перехода линейно изменяющегося сигнала через ноль и до срабатывания устройства сравнения будет прямо пропорционально величине преобразуемого сигнала и обратно пропорционально крутизне наклона опорного сигнала - .

3.  Расчёт принципиальной схемы

1.  Преобразователь сопротивление – напряжение

Существует большое разнообразие преобразователей сопротивление-напряжение. Например, один из них представлен на рис.2. Недостатком такой схемы является то обстоятельство, что в ней используется две образцовые величины: сопротивление и напряжения .

 

Рис.2. Преобразователь сопротивление - напряжение с двумя образцовыми величинами

Аналогом может служить схема, в которой используется одна образцовая величина. Как уже было сказано ранее, если пропускать через резистор постоянный ток, то падение напряжения на резисторе будет пропорционально его сопротивлению (рис.3).

 

Рис.3. Преобразователь сопротивление – напряжение с одной образцовой величиной с четырехпроводной линией