49490

Расчет компаратора для однополярных напряжений с гистерезисной характеристикой

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Сравниваемые напряжения подаются на оба входа одновременно. В исходном состоянии Uх = 0 поэтому состояние выхода схемы определяется Uоп , т.е. получаем высокий уровень в точке С и низкий уровень на выходе схемы. Потенциал точки В будет равен потенциалу верхней точки срабатывания (считая, что операционный усилитель (ОУ) идеальный)

Русский

2013-12-28

1.4 MB

21 чел.

Министерство науки, высшей школы

и технической политики Российской Федерации

Ижевский Государственный Технический университет

Кафедра вычислительной техники

Пояснительная записка

к курсовой работе по схемотехники

АЦУ

Расчет компаратора для однополярных

напряжений с гистерезисной характеристикой

г. Ижевск 2002

Содержание

1. Исходное задание     

2. Анализ технического задания     

3. Описание принципа работы схемы   

4. Расчет схемы    

5. Расчет температурной стабильности схемы 

6. Расчет точности параметров устройства или его частей 

7. Принципиальная электрическая схема устройства и перечень элементов

8. Описание принципа работы микросхемы


Исходное задание

Вариант 6-3-22

Часть I.

Компаратора для однополярных напряжений с гистерезисной характеристикой

Uв.т.с. , В

Uн.т.с. , В

Uвых.max , В

Tокр.ср., С

Rэкв. , кОм

3,4

2,6

12

40

12

Rэкв.  – суммарное сопротивление, включенное между входами ОУ и общей шиной.

Часть II.

Микросхема К572ПВ7

 

Анализ технического задания

Транзистор выберем K315А с параметрами =55, Iк0 = 1мкА (обратный ток коллектора) и Iкmax = 100 мА. Напряжение Еоп = 15В. Диод выбираем исходя из напряжения пробоя. Подходящим является КД522А.  

Выбор ОУ производится исходя из значений Tокр.ср.   и Uвых.max. Подходящим оказался высокочастотный ОУ типа А709 с относительно небольшим быстродействием. Этот ОУ обладает большим входным сопротивлением, большим коэффициентом усиления, линейной передаточной характеристикой.

Параметры ОУ типа А709:

Параметры

А709

Коэффициент усиления Ku B/мВ

45

Входное дифференциальное сопротивление Rвх.д, кОм

400

Входное напряжение смещения нуля Uсм0, мВ

1.0

Разность входных токов Iвх, нА

50

Амплитуда выходного сигнала Uвх, В

12

Номиналы напряжений питания E+k, E-k, В

15

Принцип  работы схемы

 Компаратор предназначен для сравнения двух аналоговых сигналов. Один из сигналов опорный (Uоп), а другой измеряемый (Uх). В момент, когда Uоп=Uх компаратор резко меняет состояние Uвых. Если уровень Uвых компаратора будет соответствовать напряжению логических уровней цифровых интегральных схем, то  компаратор – одноразрядный АЦП.

Для повышения помехоустойчивости в работу компаратора вводят гистерезис. Это несколько снижает точность сравнения, однако делает ее невосприимчивой к шумам и помехам. Гистерезис достигается путем включения более высокого Uоп, Uх изменяется от меньшего к большему  по сравнению с Uоп, используемый, когда Uх  изменяется от высокого к низкому уровню.  

При этом высокое Uоп называется Uв.т.с , низкое Uн.т.с. Это достигается путем положительной обратной связи (ОС ).

Для получения на выходе схемы цифровых уровней U1 и U0 (соответствующих логической единицы и логическому нулю) в нее вводят согласующий элемент (СЭ) в виде диодного ограничителя  и транзисторного ключа.  

Сравниваемые напряжения подаются на оба входа одновременно. В исходном состоянии  Uх  = 0 поэтому состояние выхода схемы определяется Uоп , т.е. получаем высокий уровень в точке С и низкий уровень на выходе схемы. Потенциал точки В будет равен потенциалу верхней точки срабатывания (считая, что операционный усилитель (ОУ) идеальный):

В t1 Uх  Uв.т.с – схема переключается, потому что меняется полярность дифференциального напряжения. Одновременно за счет действия положительной ОС меняется напряжения Uв и равно Uн.т.с:

          При этом  на выходе схемы будет высокий уровень.

В t2  Uх  Uн.т.с . Сразу же за счет действия положительной ОС напряжение в точке В поменяется на  Uв.т.с , а на выходе схемы будет низкий уровень, потому что транзистор будет в режиме насыщения. Аналогично переключение в t3 и т.д.

Исходя из выше сказанного, нарисуем гистерезисную характеристику схемы.

Расчет схемы

;

;

Выберем:

 

Пересчитаем Uв.т.с. и Uн.т.с для реальных номиналов резисторов (используя стандартный ряд E12).

Расчет согласующего элемента:

Т.к. необходимо получить на выходе схемы напряжение максимальное значение, которого равно 12В. Тогда для расчета Rк рассмотрим случай, когда транзистор VT1 находится в режиме насыщения. Для расчета зададимся значением IКН равным 10мА. Исходя их этого получаем, что Rк  равно:

 Определим значение тока базы IБ в режиме насыщения. Используя значение тока коллектора насыщения и среднее значение коэффициента усиления тока базы, получаем:

 Исходя из этого, рассчитаем значение номинала резистора R4 по формуле:

  Выбирая из стандартного ряда номиналов, получаем что:

R3 = 15 кОм, R4 =75кОм+

Покажем гистерезисную характеристику на выходе операционного усилителя и на выходе схемы:

   

Расчет точности параметров устройства или его частей.

Вычислим абсолютное значение систематической ошибки, вызванную конечностью  величин Ku и Rвх.д:

Вычислим относительную величину составляющей систематической ошибки, вызванной конечностью величин  Ku и Rвх.д:

Найдем составляющие систематической ошибки, вызванной смещения нулевого уровня.

Систематическая составляющая ошибки смещения, приведенная к входу. Определяет абсолютную величину смещения.

Относительная величина составляющей системной ошибки, обусловленной смещением нулевого уровня компаратора.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20131. Понятие о векторной первичной погрешности 25.5 KB
  Векторные первичные погрешности ВПП погрешности характеризуемые некоторым направлением и некоторым числовым знем называемым модулем. ВПП могут возникнуть в плоскости движения механизма ПП эксцентриситета или плоского перекоса и не в плоскости движения ПП пространственного перекоса. ВПП образуются из ошибок в технических условиях на изготовление и сборку механизма. Эти погрешности: профиля элементов звеньев в высших парах; несоосность; радиальное и торцевое биение; Все ВПП можно свести к двум видам: 1.
20132. ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЧИСЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРВИЧНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ 50 KB
  размера вала а по оси ординат плотность вероятности рассеяния этих погрешностей определяемые опытным путем. α и λ зависят только от вида закона распределения погрешностей Δq = α δ Δо σ[Δq] = λ δ На практике данные коэффиценты α и λ берутся из таблицы. Законы распределения технологических погрешностей.
20133. Способы уменьшения ожидаемой погрешности 23.5 KB
  Недостатки обоих способов : Невозможность воздя на систематическую составляющую суммарной погрешности. уменьшить в обоих случаях значение конечной погрешности.
20134. Основные понятия и определения теории надежности 26 KB
  К общим понятиям отнся: работоспть отказ наработка резервирование неисправность. Работоспть это состояние изд. из работоспго состя в неработоспное. Безотказность это свво изделия сохранять свою работоспть в течении заданного времени без вынужденных перерывов.
20135. Экономические показатели надежности 35 KB
  к длитти его эксплции. покль надежти Qи стоимость изготя нового прибора Qэ суммарные затраты на эксплцию и ремонт Тэ период целесообразной эксплции прибора. капиталовложений между сферой произва и сферой эксплции. Чем дешевле изделие тем больше затрат приходится на его эксплцию.
20136. Методика выбора основных показателей надежности 22.5 KB
  Выбор показателей надежности осуществляется исходя из характеристик изделия а также требований предъявляемых к изделию в процессе эксплуатации. Основными показателями надежности являются показатели полученные при оценке средней величины общего дохода изделия. Они характеризуют ожидаемый средний уровень надежности изделия и по ним осуществляют сравнение изделий по надежности. Они позволяют полнее охарактеризовать надежность изделия и определяют либо безотказность либо ремонтопригодность либо сохраняемость либо долговечность...
20137. Источники и причины отказов измерительных устройств 38.5 KB
  Силы кот. Механическая энергия может возникнуть как следствие затрат энергии кот. Воздух кот. Обратимые процессы это часть процессов кот.
20138. Надежность, определяемая процессами, происходящими в элементах и узлах приборов 55 KB
  Такое деление соответствует трем явно выраженным периодам работы любого прибора или машины. Из кривой видно что в первый период период приработки интенсивность отказов в начале высокая а затем быстро падает. Во второй период период нормальной эксплуатации интенсивность отказов устанавливается на постоянном min уровне. В период износа интенсивность отказа вновь возрастает.
20139. Общая схема изменения показателей работоспособности 123.5 KB
  1 по вертикали отложены показатели характеризующие точность выполнения прибором заданной функции инструментальная погрешность а по горизонтали время работы прибора. Узлы прибора обладают некоторой геометрической неточностью и другими показателями которые определяют начальную погрешность прибора Δо. Когда прибор начинает работать так называемые быстро протекающие процессы приводят к рассеиванию показателей работоспособности в результате чего точность прибора уменьшается на величину Δ1. Эти процессы заканчиваются в пределах цикла работы...