49781

Расчет компаратора с гистерезисной характеристикой для сравнения однополярных сигналов

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Исходное задание Анализ технического задания Описание принципа работы схемы Расчет схемы Расчет точности параметров устройства или его частей Описание принципа работы микросхемы Список использованной литературы...

Русский

2014-01-08

885.5 KB

62 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ ВПО «ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ  ТЕХНИКА»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по схемотехнике АЦУ

«Расчет компаратора с гистерезисной характеристикой для сравнения однополярных сигналов»

                                                                      Выполнил: студент  гр. 661

         Гордеев С.В.

                                                                      Проверил: Сяктерев В.Н.

Ижевск 2007

Содержание

  1.  Исходное задание               3
  2.  Анализ технического задания                                                                                4
  3.  Описание принципа работы схемы            5
  4.  Расчет схемы                7
  5.  Расчет точности параметров устройства или его частей         9
  6.  Описание принципа работы микросхемы         10
  7.  Список использованной литературы          13


Исходное задание

Вариант 6-3-10

Часть I.

Компаратор с гистерезисом для сравнения однополярных сигналов

Uв.т.с. , В

Uн.т.с. , В

Uвых.max , В

Tокр.ср., С

Rэкв. , кОм

3,4

2,6

12

40

12

Часть II.

Микросхема  К1107ПВ1


Анализ технического задания

 

Выбор схемы зависит от вида необходимой характеристики и уровней выходных напряжений. Данная схема есть компаратор для сравнения однополярных напряжений с гистерезисной характеристикой. Для обеспечения уровней выходных напряжений, соответствующих логическому нулю и единицы, вводят согласующий элемент, состоящий из резистора R4, диода VD1 и транзисторного ключа.  

Транзистор выберем K315А с параметрами =55, Iк0 = 1мкА и Iкmax = 100 мА. Напряжение Еп = 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, когда Uх изменяется от низкого к высокому уровню по сравнению  со значением Uоп, используемым, 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(E24), получаем что:

Rк = 1,5 кОм, R5 =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.


Описание микросхемы

Микросхема  К1107ПВ1

Микросхема представляют собой быстродействующий 6-разрядный АЦП и предназначена для преобразования входных аналоговых сигналов с шириной спектра до 7 МГц в диапазоне 2...0 В в один из потенциальных кодов параллельного считывания: в двоичный (прямой и обратный) и код с дополнением до двух (прямой и обратный). Не требуется внешней схемы выборки и хранения. Совместимы с ТТЛ схемами. В состав АЦП входят делитель опорного напряжения, 64 управляемых компоратора, 65 логические схемы "И", два предварительных дешифратора 31 на 5, два управляемых буферных регистра, дешифратор 10 на 6, выходной регистр (6 схем "Исключающее ИЛИ"), 6 схем преобразования выходных уровней АЦП на уровни ТТЛ, 5 схем формирования парафазных управляюших импульсов от тактового сигнала, 2 схемы преобразования уровней сигналов управления выходным кодом и схема преобразования уровня тактового импульса. Каждый компаратор прямым входом подключен к определенному отводу низкоомного резисторного делителя опортного напряжения (общее сопротивление 67 Ом), формирующего пороговые уровни компараторов. Изменяя опорные напряжения на входах делителя можно при необходимости компенсировать погрешность преобразования в конечной точке шкалы (вывод 16) и напряжение смещения нуля на входе АЦП (вывод 9). Предусмотрена возможность компенсации погрешности нелинейности на  0,5 значения младшего разряда (16 мВ) при работе в расширенном температурном диапазоне. Для этого со средней точки делителя через резистор сделан отвод (вывод 12), который в случае необходимости корректировки нелинейности подсоединяется к выводам 19 или 9. Этот вывод может также служить общим выводом (-1 В) для входного буферного усилителя в случае преобразования биполярного сигнала. Инвертирующие входы комараторов объеденены и образуют аналоговый вход АЦП. Работой АЦП управляет тактовый сигнал. Выборка производится (стробируются компараторы) через 10...15 нс после подачи переднего фронта тактового импульса. Кодирование производится с подачей заднего фронта тактового импульса, а результат, полученный во время кодирования на выходной регистр передается со следующим фронтом тактового импульса. Задержка выходного регистра не превышает 50 нс. Это дает возможность тем же передним фронтом производить следующую выборку, т.е. в момент времени, когда на выходе АЦП получается результат n-й выборки, на входе производится n+2 выборка. Промежуток времени с момента подачи первого тактового импульса до появления кода n-й выборки на выходе АЦП называется временем преобразования или периодом выборки Tc. Максимальная скорость преобразования определяется минимальными длительностями тактового импульса Tи и паузы между тактовыми импульсами Tп, гарантирующими нормальную работу преобразователя, т.е. fпр=1/(Tи+Tп).

Корпус типа 2207.48-1


Функциональная схема

Назначение выводов:

1 - выход 4;

2 - выход 5;

3 - выход 6 (младший разряд);

4 - тактовый сигнал;

5,43 - общий (цифровая земля);

8,39 - напряжение питания Uп1;

9 - опорное напряжение Uоп2;

10,13,15 - вход (аналоговый сигнал);

11,14 - общий (аналоговая земля);

12 - вывод корректировки нелинейности;

16 - опорное напряжение Uоп1;

24,37,38 - напряжение питания -Uп2;

44 - управление выходным кодом, вход 1 (УКВ1);

45 - выход 1 (старший разряд);

46 - выход 2;

47 - выход 3;

48 - управление выходным кодом, вход 2 (УКВ2);

6,7,17...23,25...36,40...42 - свободные.


Электрические параметры

1

Номинальное напряжение питания
    U
п1
    U
п2

 
5 В 5 %
-6 В 3 %

2

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,4 В

3

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,4 В

4

Ток потребления
    от источника питания U
п1
    от источника питания U
п2

 
не более 30 мА
не более |-150| мА

5

Напряжение смещения нуля на входе

-0,075...0 В

6

Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы

-0,1...0,1 В

7

Ток потребления от источника опорного напряжения

не более 43 мА

8

Входной ток высокого уровня

не более 750 мкА

9

Входной ток низкого уровня

не более |-1,5| мА

10

Входной ток смещения нуля

не более 150 мкА

11

Максимальная частота преобразования
   К1107ПВ1А
   К1107ПВ1Б

 
20 МГц
10 МГц

12

Время преобразования
 К1107ПВ1А
 К1107ПВ1Б

 
не более 100 нс
не более 200 нс



Предельно допустимые режимы эксплуатации

1

Напряжение питания
    U
п1
    U
п2

 
4,75...5,25 В
-6,18...-5,82 В

2

Опорное напряжение
    U
оп1
    U
оп2

 
-0,075...0 В
-2,1...1,9 В

3

Ток нагрузки

2 мА

4

Температура окружающей среды

-10...+70 ° C



 


Список литературы

  1.  Шило В.Л. Линейные интегральные схемы. – М: Советское радио, 1979.
  2.  Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги - М.:ИП РадиоСофт, 1998
  3.  Применение компараторов: Методические указания к лабораторной работе для студентов специальности 22.01; сост. Сяктерев В.Н., Куликов В.А. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2002.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20787. Организация ВХР 1 контура 486 KB
  Целевая установка: В результате изучения материала лекции студенты должны: а знать: назначение ведения ВХР 1 контура; назначение средств обеспечения ВХР 1 контура; нормы качества теплоносителя 1 контура при работе энергоблока на энергетическом уровне мощности; нормы качества подпиточной воды воды подаваемой на уплотнения ГЦН и растворов хим.реагентов; ограничения по эксплуатации РУ при отклонении нормируемых показателей; характерные причины отклонения ВХР 1 контура и методы их устранения; диагностические...
20788. Вводная лекция по дисциплине «Водный режим контуров АЭС» 117.5 KB
  Основные понятия физики и химии воды. Виды и показатели качества воды. Выводы по лекции.
20789. Подготовка воды для заполнения и подпитки контуров 302 KB
  Целевая установка: В результате изучения материала лекции студенты должны: а знать: технологию предварительной очистки природных вод; основные методы опреснения и обессоливания воды; использование очистки воды методом дистилляции на АЭС; принципы ионного обмена между смолами и водными растворами; основные показатели качества ионитов; основные методы очистки воды от растворенных газов применяемых на АЭС;...
20790. Работа с приложением Ansys 3.4 MB
  Цель работы – Придумать и реализовать 2 проекта при помощи приложения Ansys, предоставить развернутое описание своих действий в помощь те, кто будет заниматься этим в дальнейшем, основываясь на достигнутых мною результатах. В этой работе мы рассмотрим общие сведения об Ansys и его возможностях, а так же пронаблюдаем процесс создания модели, задания различных данных и работы с получившимися результатами на примере двух несложных проектов.
20791. Проект мероприятий по совершенствованию системы сбыта предприятия (на примере ООО «НАРМИ», г. Александровск) 849 KB
  В результате анализа основных технико-экономических показателей деятельности ресторана «НАРМИ» в прогнозном периоде по сравнению с отчетным была выявлена экономическая эффективность внедрения как всего комплекса предложенных мероприятий, так и отдельных направлений.
20792. Юридичні особи в міжнародному праві 159 KB
  Обґрунтування критеріїв визначення статусу юридичних осіб, порядку їх утворення, основних закономірностей функціонування в різних країнах світу, висвітлення проблем національності юридичних осіб; показати їхню важливість та одночасно принципи формування у сучасному світі.
20793. Микропроцессоры (МП) 88.5 KB
  Закон функционирования управляющего автомата УА может быть задан двумя способами: в виде жесткой логики автомат Мили и автомат Мура; в виде микропрограмм закодированных определенным образом в виде микрокоманд. Учитывая что микроразрядность ОБ может достигать нескольких десятков разрядов а число устройств 816 автоматов то число состояний такого автомата может достигать астрономических цифр и описать их в виде графа автоматов Мили или Мура не представляется возможным. Тема: Представление закона функционирования микропроцессора...
20794. Мотивація персоналу підприємства побутового обслуговування (на прикладі ТОВ «Clean group») 540 KB
  Розглянути сутність мотивації як елементу управління персоналом; дослідити сучасні методи та інструментарій мотивації праці в управлінні; проаналізувати особливості мотивації персоналу на підприємствах сфери послуг; дослідити основні тенденції розвитку сфери послуг в Україні; проаналізувати діяльність підприємства, стан управління персоналом; сформувати пропозиції щодо покращення стану системи мотивації.
20795. Законодавче забезпечення прав пацієнтів в Україні 223 KB
  Основи законодавства України про охорону здоровя визначають правові, організаційні, економічні та соціальні засади охорони здоровя в Україні, регулюють суспільні відносини у цій сфері з метою забезпечення гармонійного розвитку фізичних і духовних сил