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.