Параметры ОУ 14УД1701А:
Напряжение питания +-3…+-22 В.
Коэффициент усиления - 300000
Напряжение смещения нуля – Uсм=25 мкВ.
Температурный дрейф Uсм – 0.6 мкВ/ºС.
Максимальный ток потребления 4.5 мА.
Т.о. чувствительность данного компаратора составляет 25мкВ.
4.4. Входной усилитель.
Входной усилитель усиливает входное напряжение на несколько порядков. Как было установлено выше, шаг квантования ЦАП равен 9.8 мВ, на входе устройства действует напряжение всего 1 мВ, следовательно АЦП попросту “не почувствует” входной сигнал, т.к. он не попадёт в диапазон выходных напряжений ЦАП. Чтобы этот не произошло входной сигнал нужно усилить как минимум в 10 раз.
Для усилителя выберем прецизионный операционный усилитель 140УД24. Этот ОУ обладает очень малым напряжением смещения нуля, равным всего 5 мкВ. Также высокие показатели достигаются тем, что внутри этого ОУ есть конденсаторы для выборки и хранения входного сигнала – пока сигнал хранится на конденсаторе, можно скомпенсировать напряжение смещения нуля. Такие ОУ получили название переключающихся. Но при всех их достоинствах они обладают “весовым” недостатком: в моменты коммутации выборка/хранение к полезному сигналу добавляется паразитный шум. Этот недостаток играет большую роль при обработке переменных сигналов. В нашем случае на входе АЦП действует постоянный сигнал и этим недостатком переключающегося ОУ можно пренебречь.
Параметры ОУ 140УД24:
Напряжение питания +-2.5…+-5.5 В.
Потребляемый ток 4 мА.
Максимальное напряжение смещение нуля 5 мкВ.
Температурный дрейф Uсм 50 нв/ºC.
Коэффициент усиления 1000000.
Поскольку данный ОУ обладает чрезвычайно малым напряжением смещения и его температурным дрейфом, то на добротность в балансировке и компенсации напряжения смещения отпадает. Т.к. ошибка, вносимая напряжением смещения в усиливающий сигнал будет мала:
δ=5мкВ/1мВ*100%=0.5%<1%.
Рассчитаем схему не инвертирующего усилителя, изображённую на рис. , для коэффициента усиления равного 1000.
|
Рис. Входной усилитель.
K=Uвых/Uвх=1+R2/R1=1000;
1+R2/R1=1000;
Примем сопротивление резистора R2 равным 1 МОм, тогда:
1+1000.000/R1=1000;
R1=1000000/999=1001.001 Ом.
Поскольку такого значения сопротивления нет в стандартных рядах, то в качестве R1 выберем подстроечный резистор СП-38-0.125-1.0 кОм - ±30%.
В качестве R2 выберем С2-29В-0.125-1 МОм - ±0.1%.
На выходе усилителя будет напряжение 1 В. Но в процессе настройки устройства нужно будет отрегулировать сопротивление R1, чтобы на выходе усилителя было напряжение 1 В.
4.5. Тактовый генератор.
Генератор тактовых импульсов рассчитывают из условия: τимп <= τуст., где τимп - длительность тактовых импульсов, τуст – суммарное время установление всех звеньев устройства.
В нашем случае:
τуст. Вх.оу = 15 мкс.
τуст. к. = 15 мкс.
τуст. суммат. = 15 мкс.
τуст. 1р.цап = 5 мкс. – время установления одного разряда ЦАП.
τуст. цап = 5*9 = 45 мкс.
Поскольку задержка в регистре мала, по сравнению с остальными микросхемами, то ими в расчетах можно пренебречь.
Т.о. общее время установления равно:
τуст. = 15 + 15 + 15 + 5*9 = 90 мкс.
Примем τимп = 100 мкс.
Генератор тактовых импульсов соберем на микросхеме К155АГ3.
Микросхема К155АГ3 – сдвоенный ждущий мультивибратор с возможностью перезапуска. Каждый мультивибратор представляет собой триггер с двумя выходами Q и Q и дополнительной логикой на входе, имеющей три входа: вход сброса R и два входа запуска A и В (рис. )
|
Рис. Условное графическое обозначение микросхемы К155АГ3.
Назначение выходов микросхемы К155АГ3:
Выводы 1 и 9 – инверсные логические входы.
Выводы 2 и 10 – прямые логические входы.
Выводы 3 и 11 – инверсные входы сброса.
Выводы 5 и 13 – прямые выходы.
Выводы 4 и 12 – инверсные выходы.
Выводы 6,7 и 14,15 – служат для подключения времязадающих RC цепей.
Вывод 8 – общий провод.
Вывод 16 - +Uпит.
Для построения генератора применим кольцевую схему включения мультивибраторов микросхемы К155АГ3.
|
Рис. Кольцевое соединение мультивибраторов ИМС К155АГ3.
Условие запуска мультивибратора: - логический 0 на входе A, логическая 1 на входах B и R.
Цепь R2C2 задаёт длительность импульса, а R1C1 длительность паузы. Нам нужно получить прямоугольные импульсы со скважностью 2. В этом случае должно выполняться равенство: R1 = R2 и C1 = C2.
Найдем значение R1, R2, C1 и C2 по формуле:
τимп = 0.28* Сτ*Rτ(1+0.7/Rτ), где τимп = 100 мкс.
Примем сопротивление R1 = R2 = 100 кОм тогда:
Т.о. C1 = C2 = Cτ = 3.6 нФ
4.6. Источник питания.
Источник питания выполним на интегральных стабилизаторах. При минимальных затратах они обеспечивают нужный уровень стабилизации питающего напряжения для ИМС.
Найдём потребляемый ток всегда узлами устройства:
Входной усилитель: Iпотр. = 4 мА.
Компаратор: Iпотр = 4.5 мА.
Регистр последовательных приближений: Iпотр = 124 мА.
ЦАП: Iпотр = 60 мА.
Суммарный потребляемый ток: Iпотр.общ = 203 мА.
Схема двухполярного стабилизатора напряжения показана на рис. .
|
Рис. Двухполярный источник питания.
В качестве DA5 выберем интегральный стабилизатор напряжения с фиксированы уровнем выходного напряжения +5 В: КР1157ЕН5А.
В качестве DA6: КР1162ЕН5А (-5 В).
Они обладают нестабильностью по напряжению 0.05% и нестабильностью по току 0.01%.
Потребляемый ток = 5 мА (у обеих ИС)
Рассчитаем конденсатор C3= C4:
Конденсаторы C5 и C6 необходимы для сглаживания переходных процессов в стабилизаторах, и обычно выбираются малой величины.
Выберем C5 =C6 = 1 мкФ.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
