89294

Преобразователь напряжение–частота

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ПНЧ преобразует входное напряжение в частоту выходных импульсов, которые могут передаваться на большие расстояния без искажения информационного параметра - частоты. Второй этап аналого-цифрового преобразования: «частота - код» осуществляется путем подсчета импульсов за фиксированный интервал времени, то есть усреднением.

Русский

2015-05-11

1.28 MB

11 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет»

Кафедра БМПЭ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу

«ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА»

Преобразователь напряжение–частота

  Выполнил:

студент гр. 933

Матюхин Е.П.

Проверил:

доц. каф. БМПЭ

Шемонаев Н.В.

Рязань 2011

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..….…..3

1 Обзор преобразователей напряжение-частота (ПНЧ)………………..….….5

1.1  ПНЧ – единая интегральная микросхема…………………………….......5

1.2  ПНЧ на основе ОУ и дискретных компонентов……………………….....7

1.3 ПНЧ на основе ИМС таймера 555 серии……………………………….....7

2 Выбор структурной схемы устройства. Принцип работы схемы……..…..9

2.1 Временные диаграммы работы ПНЧ ………………………………………11

3 Выбор функциональной схемы устройства…………………………..….…12

3.1  Выбор функциональных схем компонентов структурной схемы……..12

3.1.1 Выбор функциональной схемы одновибратора………………….……12

3.1.2 Выбор функциональной схемы управляемого источника тока…..….15

3.2 Функциональная схема устройства………………………………….……16

4 Выбор принципиальной электрической схемы  ПНЧ. Расчет основных

  функциональных узлов устройств…………………………………………18

4.1 Подбор элементов одновибратора……………………………….………18

4.2  Подбор элементов управляемого источника тока……………………...19

4.3  Подбор элементов интегратора и выбор компаратора……………..…22

5 Принципиальная схема ПНЧ в САПР    Micro-Cap …………………..….24

6 Расчет погрешностей. Результаты моделирования схемы с помощью    

  схемотехнической САПР Micro-Cap ………………………….………..….25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..28

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………..………29

ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………….…….30

Приложение А Схема электрическая принципиальная…………………….30

Приложение Б Перечень элементов……………………………………….…31

ВВЕДЕНИЕ

Преобразователи напряжение–частота  (Voltage-to-Frequency Converters VFC,  ПНЧ) являются наиболее дешевым средством преобразования сигналов для многоканальных систем ввода аналоговой информации в ЭВМ, обеспечивающим высокую помехозащищенность и простоту гальванической развязки. ПНЧ - отличное решение для задач измерения усредненных параметров, расхода, а также задач генерирования и модуляции частоты.

ПНЧ относятся к классу интегрирующих преобразователей, поэтому они обладают соответствующими достоинствами: хорошей точностью при минимальном числе необходимых прецизионных компонентов, низкой стоимостью, высокой помехоустойчивостью, малой чувствительностью к изменениям питающего напряжения.

Таким образом, по существу, ПНЧ преобразует входное напряжение в унитарный код. Для его преобразования в двоичный позиционный можно использовать счетчик.

ПНЧ преобразует входное напряжение в частоту выходных импульсов, которые могут передаваться на большие расстояния без искажения информационного параметра - частоты. Второй этап аналого-цифрового преобразования: «частота - код» осуществляется путем подсчета импульсов за фиксированный интервал времени, то есть усреднением. Если этот интервал сделать кратным периоду основной помехи (20 мс), то помеха подавляется полностью. Это свойство особенно полезно для измерения зашумленных низкоуровневых сигналов, например ЭДС термопары.

В интегральных микросхемах ПНЧ используется метод интегрирования входного сигнала с импульсной компенсацией заряда интегрирующего конденсатора. Лучшей точностью и стабильностью обладают синхронизируемые ПНЧ, в которых длительность импульса обратной связи стабилизирует кварцевый резонатор.

Преобразователи напряжение-частота лежат в основе многих цифровых приборов, таких частотомеры, вольтметры и т.д. Действительно, после преобразования напряжения в частоту следования импульсов, нужно сосчитать количество этих импульсов в единицу времени и, умножив на коэффициент преобразования, вывести результат на индикаторы.

1 Обзор преобразователей напряжение – частота

      В ходе анализа учебной и научной литературы по теме «Преобразователь напряжение – частота»  были отмечены основные способы построения данного типа схем, выявлены некоторые  их достоинства и недостатки. Резюмируя полученную информацию, можно отметить следующие способы реализации данного устройства:

  1.  ПНЧ – единая интегральная микросхема

      Отечественная промышленность выпускает несинхронизируемый ПНЧ типа КР1108ПП1 и аналогичный КР1143ПП1. Их зарубежные аналоги, совместимые по выводам — ADVFC32 фирмы Analog Devices, VFC32 и VFC320 фирмы Burr-Brown. Упрощенная функциональная схема такого ПНЧ показана на рис. 1.1. ПНЧ включает в себя усилитель А1, компаратор А2, одновибратор, источник стабильного тока I0, аналоговый ключ S и выходной транзистор. Для построения ПНЧ микросхему следует дополнить двумя конденсаторами С1, С2 и двумя резисторами R1, R2. Элементы R1, С1, А1 образуют интегратор. Конденсатор С2 задает длительность импульса одновибратора t = kC2, где k определяется характеристиками микросхемы (в VFC32 I0 = 1 мА, k = 75 кОм). Импульсы тока I0 уравновешивают ток, вызываемый входным напряжением VIN :TVIN / R1 = kC2I0, откуда f = 1 / T = VIN / (kI0R1C2).

Рис. 1.1 Типовая схема включения и диаграммы сигналов VFC32

      Стабильность характеристики преобразования ПНЧ зависит от стабильности внешних элементов R1, C2 и внутренних параметров k, I0 микросхемы. Кроме того, для обеспечения высокой линейности преобразования конденсатор С1 необходимо выбирать с малой утечкой и малым коэффициентом диэлектрической абсорбции (полипропиленовый, полистирольный, поликарбонатный).

      Диапазон входных токов задается равным 0,25I0, а резистор R1 устанавливает входной диапазон напряжения от 0 до VINmax = 0,25I0R1.

ПНЧ содержит выходной каскад с открытым коллектором. Напряжение питания этого каскада выбирается из условия согласования с последующими цифровыми цепями. Допустимый ток его достаточен для управления светодиодом оптрона или обмоткой импульсного трансформатора в схемах гальванической изоляции аналоговых входов.

      С помощью рассматриваемого ПНЧ можно преобразовывать отрицательные напряжения, но для этого нужно изменить подключение входного сигнала. Иными словами, прямое преобразование биполярных сигналов не предусмотрено.

      При расширении диапазона изменения выходной частоты все заметнее проявляется конечное время переключения аналоговых ключей, что выражается в интегральной нелинейности преобразования. Ее минимальная погрешность (0,01 %) достигается в узком диапазоне частот 0–10 кГц. В расширенном диапазоне выходных частот (0–500 кГц) погрешность нелинейности увеличивается до 0,2 %.

Ниже (рис. 1.2, 1.3) предоставлена структурная схема  отечественного производства и  цоколевка выводов микросхемы КР1108ПП1

Рис. 1.2 Структурная схема КР1108ПП1

Рис. 1.3  Цоколевка выводов микросхем отечественного производства

1.2 ПНЧ на основе ОУ и дискретных компонентов

       Данный способ реализации преобразователя можно выделить в отдельную группу, исходя их того, что один из основных узлов схемы (одновибратор) выполнен на дискретных компонентах. Рассмотрим более подробно данную схему на рис. 1.4

Рис. 1.4 ПНЧ на основе ОУ и дискретных компонентов

       Операционный усилитель в данной схеме выполняет функцию компаратора, который сравнивает входной сигнал с напряжением UB на конденсаторе С. Если Uвх > UB , то компаратор запускает одновибратор, который выдает прямоугольный импульс определенной длительности. Этот импульс поступает на ключ, и начинается зарядка конденсатора С с генератора тока. После закрытия ключа, конденсатор разряжается через резистор R до напряжения Uвх. Когда напряжение UB станет меньше входного, компаратор опять запускает одновибратор и на выход поступает импульс. Вышеописанная обратная связь позволяет поддерживать равенство Uвх = UB , при этом время разряда конденсатора пропорциональна входному напряжению. Таким образом, частота следования импульсов пропорциональна напряжению. 

       Однако, следует отметить, что из-за наличия дискретных компонентов в составе одновибратора, точнее разброса их номиналов, а следовательно и уменьшения точности преобразования, такая схема большого распространения не получила.

1.3 ПНЧ на основе ИМС таймера 555 серии

      Выделяя данный способ реализации ПНЧ в отдельную группу, можно руководствоваться следующими причинами:

  •  Только один из структурных узлов схемы (мультивибратор) реализован на ИМС, остальные узлы схемы – это самостоятельные электронные компоненты
  •  Схема мультивибратора на основе таймера 555 стала классической для реализации подобного рода устройств, а ее применение на низких частотах генерируемого сигнала позволяет получить хорошую точность преобразования
  •  Данный способ реализации устройства является наиболее экономичным и доступным среди всех вышеперечисленных

      Схем реализации ПНЧ на основе таймера 555 огромное множество. В зависимости от решаемых задач, они делают упор либо на точность преобразования, либо на стоимость реализации устройства и использования тех или иных дополнительных компонентов и т.д. Один из вариантов такой схемы представлен  на рис. 1.5.

Рис. 1.5 Схема простого ПНЧ на основе таймера 555 серии

      Сердцем данной схемы служит интегратор Миллера на операционном усилителе TL071. Диапазон входного управляющего напряжения в диапазоне от 0 до −10V соответствует изменению выходной частоты в диапазоне от 0 до 1000Hz. Зависимость выходной частоты преобразователя от входного управляющего напряжения можно рассчитать по приблизительной формуле: fOUT=VIN/(P1+R1)×C1×1/3VCC. Изменением сопротивления P1 выполняется калибровка точности соотношения напряжение/частота. Если  задать нижний предел частоты в100Hz при напряжении −1V, а верхний диапазон в 1000Hz при −10V, то ошибка преобразования составит от 0.3% до 3% по диапазону. При калибровке в точке −5V ошибка преобразования составит менее 1.3% по всему диапазону. Для повышения точности необходимо выбирать ёмкость C1 с минимальным тангенсом угла потерь. Можно значительно уменьшить температурную зависимость преобразователя, выбрав резистор R1 с наименьшим температурным коэффициентом, а в качестве P1 применив многооборотный металлокерамический потенциометр.

      Анализ и оценка полученной информации позволили  сделать выбор в пользу реализации ПНЧ, т.е. на основе таймера 555 серии. Рассмотрим структурную схему устройства и принцип его работы детальнее.

2 Выбор структурной схемы устройства. Принцип работы схемы

Структурная схема изображена на рис. 6.

Рис.2.1  Структурная схема ПНЧ

Работает ПНЧ следующим образом. Под действием положительного входного сигнала UВХ напряжение UИ на выходе интегратора уменьшается. При этом ключ S разомкнут. Когда напряжение UИ уменьшится до нуля, компаратор (DA2) переключается, запуская тем самым одновибратор. Одновибратор формирует импульс стабильной длительности TИ, который управляет ключом. Последовательность этих импульсов является выходным сигналом ПНЧ. Ключ замыкается и ток IОП в течение TИ поступает на вход интегратора, вызывая увеличение выходного напряжения интегратора. Далее описанный процесс снова повторяется.

Импульсы тока IОП уравновешивают ток, вызываемый входным напряжением UВХ. В установившемся режиме получается:

.                                      (2.1)

Отсюда следует:

,                                                (2.2)

где UВХ СР - среднее значение входного напряжения за период Т. Выражение (2.2) показывает, что точность преобразования определяется точностью установки опорного тока IОП, точностью выдержки длительности импульса одновибратора TИ, а также точностью резистора R. Емкость конденсатора интегратора не оказывает влияния на частоту ПНЧ.

В качестве ключа S и источника опорного тока IОП в данном проекте был разработан управляемый источник тока.

В данном курсовой работе можно выделить следующие важные структурные звенья:

Входной                                                                                     Выходной сигнал

сигнал

         

                                                                                                           

Рис. 2.2 Структурная схема ПНЧ

Временные диаграммы работы модели ПНЧ, полученной в программе MicroCAP 9.0, показаны на рис. 2.3.

На этом рисунке v(in) – входное напряжение ПНЧ, v(out1) – выходное напряжение интегратора на микросхеме DA1, v(out3) – выходное напряжение ПНЧ.

 

3 Выбор функциональной схемы устройства

3.1 Выбор функциональных схем компонентов структурной схемы

3.1.1 Выбор функциональной схемы одновибратора

Схема одновибратора показана на рис. 9

Рис. 3.1  Схема ждущего мультивибратора на ИС 1006ВИ1

Функциональная схема таймера приведена на рис. 10

Рис. 3.2 Схема однотактного таймера типа 1006ВИ1

Таймер содержит два компаратора (DА1 - компаратор верхнего уровня и DA2 - компаратор нижнего уровня) с фиксированными при помощи делителя напряжения на резисторах R1, R2, R3 порогами срабатывания. Поскольку выполняется условие R1=R2=R3, то пороги срабатывания компараторов верхнего UПОР В и нижнего UПОР Н уровней определяются выражениями UПОР В =2UП/3, UПОР Н =UП/3.

Выходы компараторов управляют состоянием асинхронного RS-триггера (DD1), который, в свою очередь, формирует управляющие напряжения на входе двухтактного усилителя мощности на транзисторах VТ1 и VТ2. Кроме этого, RS-триггер дополнительно снабжен вторым инверсным асинхронным входом сброса. Сигнал с инверсного выхода триггера используется для управления разрядным транзистором VTЗ. Зависимость выходного сигнала таймера от комбинации его входных сигналов поясняется в таблице 3.1.

Таблица 3.1  Режимы работа таймера

UСБ

UПОР Н

UПОР В

UВЫХ

VT3

Лог. 0

Х

Х

Лог. 0

Насыщен

Лог. 1

<UП/3

<2UП/3

Лог. 1

Заперт

Лог. 1

>UП/3

>2UП/3

Лог. 0

Насыщен

Лог. 1.

>UП/3

<2UП/3

Выходной сигнал определяется предыдущими значениями UПОР Н и UПОР В

Примечание. Х – безразличное состояние.

В схеме одновибратора вход нижнего компаратора используется в качестве управляющего. В установившемся режиме напряжение на управляющем входе должно превышать UП/3. Запуск одновибратора   осуществляется подачей на вход напряжения низкого уровня, меньшего, чем UП/3.

На рис. 3.3 приведены временные диаграммы, поясняющие ее работу.

Рис. 3.3 Временные диаграммы работы одновибратора

В исходном состоянии RS-триггер таймера сброшен. Вследствие этого конденсатор времязадающей цепи разряжен, и на выходе устройства присутствует напряжение, по уровню близкое к нулевому. Это состояние является устойчивым, так как если по какой-либо причине оно будет нарушено и триггер сформирует на прямом выходе сигнал лог. 1, закроется транзистор VТЗ, и конденсатор C начнет заряжаться. При uC = 2UП/3 компаратор верхнего уровня таймера своим выходным сигналом сбросит триггер. Транзистор VТЗ включится, и напряжение на времязадающем конденсаторе уменьшится до нулевого уровня. Однако, поскольку на входе компаратора нижнего уровня напряжение превышает UП/3, последний не сработает и триггер останется в сброшенном состоянии.

При кратковременном снижении напряжения на управляющем входе ниже уровня UП/3 компаратор нижнего уровня установит триггер DD1, который выключит транзистор VTЗ и включит транзистор VT1. На выходе таймера установится квазиустойчивое состояние, при котором его выходной сигнал увеличится практически до напряжения питания. Это будет сопровождаться зарядом времязадающего конденсатора. При выполнении условия uC=2UП/3 компаратор верхнего уровня сбросит триггер и схема вернется в устойчивое состояние.

Длительность выходного импульса рассмотренного одновибратора может быть определена из следующего выражения:

.                                         (3.1)

Очевидно, что для нормальной работы одновибратора необходимо, во-первых, чтобы длительность запускающего импульса была больше суммы времен срабатывания компаратора и триггера, но меньше длительности его выходного импульса, и, во-вторых, пауза между приходами двух соседних запускающих импульсов должна быть достаточной для полного разряда времязадающего конденсатора RC-цепи.

Одновибратор на интегральном таймере срабатывает по отрицательному перепаду, поэтому в схеме на рисунке 6 сигнал с интегратора необходимо подавать на инверсный вход компаратора.

3.1.2 Выбор функциональной схемы управляемого источника тока

Разработанная функциональная схема изображена на рисунке 3.4

Рис. 3.4  Схема управляемого источника тока

В этой схеме операционный усилитель DA1 включен по схеме повторителя напряжения. Данное включение операционного усилителя позволяет разгрузить выход одновибратора. Напряжение с выхода повторителя поступает к источнику тока на транзисторе VT4 и является для него напряжением питания, которое определяет форму выходного тока.

Стабилитрон в этой схеме задает напряжение на базе транзистора VT4. Отрицательный уровень напряжения на эмиттерах транзисторов VT1 и VT3 обеспечивает необходимое смещение и режим работы по постоянному току. Резистор R1 определяет величину выходного тока по следующему выражению:

.                                  (3.2)

На транзисторах VT1-VT3 собрано токовое зеркало с улучшенными параметрами. Эта схема необходима для того, чтобы обеспечить оттекание тока от конденсатора интегратора в течение действия импульса выходного напряжения.

3.2 Функциональная схема устройства

В общем виде функциональная схема разработанного устройства представлена на рисунке 3.5.

4 Выбор принципиальной электрической схемы  ПНЧ

        Принципиальная схема устройства приведена в приложении А.

4.1 Подбор элементов одновибратора

Выбор элементов проведем для схемы, изображенной на рис. 3.5.

Номиналы резистора R3 и емкости C2 схемы, изображенной на рисунке 3.5, определяют длительность выходного импульса.

В качестве резистора R3 выберем резистор МЛТ-0.25-9.1кОм, а в качестве емкостей С2 и С3 – керамические конденсаторы К10У-5-25В-0.01мкФ.

Конденсатор С3 – фильтрующий.

Таким образом, исходя из выражения 3.1, длительность импульса будет следующей:

.

Интегральный таймер был выбран нами в процессе разработки функциональной схемы одновибратора. Параметры интегрального таймера КР1006ВИ1 приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1  Параметры микросхемы КР1006ВИ1

Параметр

Значение

Напряжение питания

от 3 до 15 В

Выходное напряжение низкого уровня
  при U
п=5 В, Uср=3,7...4,7 В, Iвых=5 мА
    при U
п=15 В, Uср=11,5...14 В, Iвых=0.1 А

не более 9,35 В
не более 2,5 В

Выходное напряжение высокого уровня
  при U
п=5 В, Uср=1,8...2,8 В, Iвых=0,1 А
    при U
п=15 В, Uср=5,5...8 В, Iвых=0,1 А

не менее 2,75 В
не менее 12,5 В

Ток потребления
   при U
п=5 В, Uср=3,7...4,7 В, Uвх=2,3...3,3 В
    при U
п=15 В, Uср=11,5...14 В, Uвх=7...9,5 В

не более 6 мА
не более 15 мА

Ток сброса при Uп=15 В

не более 1,5 мА

Выходной ток при Uп=15 В

не более 2 мкА

Ток срабатывания

250 нА

Время нарастания (спада)

300 нс

Начальная погрешность при Uп=15 В

не более 3 %

Нестабильность начальной погрешности от напряжения питания

не более 0,3 %/В

4.2 Подбор элементов управляемого источника тока

      Подбор элементов осуществлен для схемы, изображенной на рисунке 3.5.

     В качестве операционного усилителя DA4 выберем микросхему К1407УД1, параметры которой приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 Параметры микросхемы К1407УД1

UП, В

2*(312)

UП НОМ, B

5

KD,

10

IП, мА

8

UСМ, мB

10

TKUСМ, мкВ/К

50

f1, МГц

20

Vu, В/мкс

10

Выберем стабилитрон VD1. Пусть номинальное напряжение стабилизации стабилитрона VD1 равно 1.8 В. В качестве подобного стабилитрона выберем стабилитрон 2С119А, параметры которого приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 Параметры стабилитрона 2С119А

Параметр

Значение

Uст ном, В

1.71÷2.09

Uст min, В,%*

1.53÷1.87

Uст max, B, %*

1.89÷2.31

Iст max, мА

90÷110

Iст min, мА

0.9÷1.1

P max, мВт

234÷286

Iст, мА

9÷11

Разброс параметров: -10%...10%

В качестве резистора R4 выберем резистор МЛТ-0.25-2.125кОм. Таким образом, исходя из выражения (3.2), генератор тока обеспечивает следующую величину генерируемого тока:

.

Резистор R5 обеспечивает необходимую величину тока для поддержания на нужном уровне напряжения стабилизации. Выберем величину тока стабилизации. Пусть он будет равен 2мА. Данная величина тока стабилизации обеспечивает необходимую мощность рассеяния:

мВт.                              (4.1)

Таким образом, номинал резистора R5 будет находится по закону Ома:

.                                 (4.2)

В качестве R5 выберем резистор МЛТ-0.25-1.6кОм.

Подберем транзисторы VT1-VT4.

Транзисторы VT1-VT3 должны быть одинаковыми. Это необходимо для того, чтобы обеспечить наибольшую эффективность работы токового зеркала. Данные транзисторы должны устраивать нас по мощности, по частотным  свойствам и по значению номинального напряжения, на которое они рассчитаны.

Из рисунка 3.5 видно, что транзистор VT4 находится в наиболее жестком режиме работы. Оценочно напряжение между его коллектором и эмиттером можно принять равным 10В, при этом через него протекает ток . Таким образом, на нем выделяется мощность, величина которой определяется следующим образом:

.           (4.3)

Исходя из этих рассуждений, следует, что в качестве транзисторов VT1-VT4 можно выбрать транзистор КТ302А, параметры, которого приведены в таблице 4.5.

Таблица4.5 Параметры транзистора КТ302А

Параметры

Значение

Ik max, мА

9÷11

Uкэr max, B

13.5÷16.5

Uкбо max, B

13.5÷16.5

Uэбо max, B

3.6÷4.4

Pk max (Pmax), мВт

90÷110

Тmax, c

76.5÷93.5

h21э(h21э)

99÷275

Iкбо (Iкэr), мкА

0.9÷1.1

Разброс параметров: -10%...10%

4.3 Подбор элементов интегратора и выбор компаратора

Выбор осуществляется для рисунка 3.5.

В качестве микросхемы DA1 выберем операционный усилитель К1407УД1, параметры которого были показаны в таблице 4.2.

Из формулы (2.2) следует, что коэффициент преобразования определяется, как:

.                                         (4.4)

Из задания проекта следует, что он должен быть равным 100 Гц/В.

Таким образом, для нахождения номинала резистора R1, необходимо воспользоваться следующим выражением:

.        (4.5)

В качестве этого резистора выберем резистор номиналом МЛТ-0.25-1.85кОм. Резистор R2 должен быть таким же, что необходимо для стабильной работы интегратора.

Конденсатор С1 не оказывает влияния на частоту преобразования. Из рис. 2.3 следует что, его номинал должен быть таким, чтобы обеспечивался разряд за время действия импульса и при этом также необходимо, чтобы разряд конденсатора не вызвал насыщения операционного усилителя DA1, т.е. номинал конденсатора должен быть таким, чтобы выполнялось выражение:

.                                 (4.6)

В этом выражении I – величина тока, создаваемого управляемым генератором тока.

Также номинал конденсатора С1 оказывает влияние на быстродействие ПНЧ на начальном участке. Это видно из рис. 2.3.

Для нахождения емкости конденсатора воспользуемся выражением (4.6). Пусть конденсатор будет заряжаться до напряжения 1.6 В, тогда его номинал будет определяться из следующего выражения:

.        (4.7)

В качестве него выбираем керамический конденсатор К10У-5-25В-3.5мкФ.

В качестве микросхемы DA2 будем использовать компаратор 521СА3 с открытым коллектором.

5 Принципиальная схема ПНЧ в САПР   Micro-Cap

Рис.4.1 Принципиальная схема ПНЧ

6 Расчет погрешностей. Результаты моделирования схемы с помощью схемотехнической САПР  Micro-Cap

В техническом задании сказано, что необходимо разработать схему ПНЧ, с диапазоном входных напряжений от 0В до 10В, с коэффициентом преобразования 100Гц/В, при этом погрешность преобразования должна составлять 0.25%.

Погрешность преобразования выражается следующей формулой:

,                                          (6.1)

где КПОЛ – коэффициент преобразования полученный в процессе проектирования, КЗАД – коэффициент преобразования, данный в задании.

Воспользовавшись выражением (4.4) найдем коэффициент преобразования, который был получен в процессе проектирования. Этот коэффициент будет учитывать реальные номиналы компонентов электронной схемы.

.                     (6.2)

С помощью выражения (6.1) найдем погрешность преобразования.

.                             (6.3)

Таким образом, из приведенных расчетов видно, что номиналы элементов электронной схемы, подобранные в процессе проектирования, обеспечивают с большой точностью необходимый коэффициент преобразования. При этом погрешность преобразования немного отличается от необходимой, однако это отличие столь несущественно, что им можно пренебречь.

Спроектированная схема была смоделирована в программе MicroCAP 9.0, результаты моделирования приведены ниже на рисунках 6.1 и 6.2.

Представленные зависимости наглядно показывают, что с увеличением напряжения на входе  частота выходных импульсов пропорционально растет.

Рис. 6.1 Временные диаграммы работы ПНЧ при входном напряжении 1В

Рис. 6.2 Временные диаграммы работы модели ПНЧ при входном напряжении 10В

       Таким образом, представленные выше зависимости наглядно иллюстрируют, что с увеличением входного напряжения, частота выходных импульсов линейно увеличивается.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был разработан преобразователь

«напряжение – частота» согласно требованиям технического задания. Он обеспечивает преобразование входных напряжений в диапазоне от 0В до 10В с коэффициентом преобразования 100Гц/В. При этом погрешность преобразования составляет приблизительно 0.2 %. Был произведен расчет основных функциональных узлов устройства и выбор соответствующих электронных компонентов. Проверка работоспособности преобразователя проводилась с помощью компьютерной программы схемотехнического анализа Microap 9, позволившей показать основные режимы работы устройства и вывести необходимые зависимости.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Тычино К.К. Преобразователи напряжения в частоту. Выпуск 808 – М.: Энергия. – 1972. – 64с., ил.
  2.  Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов  Под ред. О.П. Глудкина. — М.: Горячая линия-Телеком, 2003
  3.  Найдеров В.З. и др.  Функциональные устройства на микросхемах. – М.: Радио и связь. – 1985. – 200с., ил.
  4.  Бобровников Л. З. Электроника: Учебное пособие. – СПб.: Питер, 2004.  – 560 с., ил.
  5.  Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1991. – 622 с., ил.
  6.  Мячин Ю. А. 180 аналоговых микросхем – справочник. – М.: Патриот. – 1993. – 152с., ил.
  7.  Тарабрин Б. В., Лунин Л. Ф., Смирнов Ю. Н. Интегральные микросхемы – справочник. – М.: Радио и связь, 1983. – 528 с, ил.
  8.  Четверткова И. И. Резисторы - справочник. – М.: Радио и связь, 1991. – 528 с., ил.
  9.  Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники (Том 1). – пер. с англ. Б.Н. Бронина и др. – М.: Мир, 2001. – 704 с., ил.
  10.   Амелина М. А., Амелин С. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. — М.: Горячая линия-Телеком. – 2007
  11.   URL: http://www.kit-e.ru/articles/dac/2000_07_38.php Дата 01.12.11


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22331. Адреса и указатели. Операции получения адреса и косвенной адресации. Отождествление массивов и указателей. Адресная арифметика 46.5 KB
  Динамическое выделение памяти под массивы. АДРЕСА И УКАЗАТЕЛИ Во время выполнения всякой программы используемые ею данные размещаются в оперативной памяти ЭВМ причем каждому элементу данных ставится в соответствие его индивидуальный адрес. При реализации многих алгоритмов и представлении сложных логических структур данных часто оказывается полезной возможность непосредственной работы с адресами памяти. Действительно поскольку соседние элементы массива располагаются в смежных ячейках памяти то для перехода от одного его...
22332. Функции в языке Си. Формальные и фактические параметры. Механизм передачи параметров. Возвращаемые значения. Использование указателей в качестве аргументов функций 44.5 KB
  ФУНКЦИИ В ЯЗЫКЕ СИ. Каждая из них в свою очередь есть независимый набор описаний и операторов заключенных между заголовком функции и ее концом. Все объекты определенные в теле функции ограниченном открывающей и закрывающей фигурными скобками являются локальными для этой функции в смысле области видимости и времени существования.
22333. Ввод и вывод в языке Си: общие концепции. Файлы данных и каталоги файлов. Внутренняя организация и типы файлов 76 KB
  h main { FILE stream; if stream = fopen data r == NULL printf Ошибка при открытии файла ; } Имя функции и назначение: fclose закрывает файл предварительно открытый для ввода вывода потоком Формат и описание аргументов: int fclosestream FILE stream; Указатель на открытый файл Возвращаемое значение равно нулю при нормальном завершении операции и EOF в случае возникновения ошибки.h...
22334. Общая структура программы на языке Си. Время существования и видимость переменных. Блоки. Классы памяти. Автоматические, внешние, статические и регистровые переменные. Рекурсивные функции. Реализация рекурсивных алгоритмов 51.5 KB
  ОБЩАЯ СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ НА ЯЗЫКЕ СИ. Та функция с которой начинается выполнение программы называется главной функцией. Она по существу является входной точкой программы и должна иметь предопределенное имя main.
22335. Структуры в языке Си: основные понятия. Массивы структур. Указатели на структуры. Вложение структур. Структуры и функции. Объединения. Перечисления. Определение и использование новых типов данных. Классы имен 45 KB
  Указатели на структуры. Структуры и функции. СТРУКТУРЫ В ЯЗЫКЕ СИ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ При решении задач вычислительной математики информационного обеспечения и системного программирования очень часто приходится сталкиваться с наборами данных имеющими достаточно сложную логическую организацию.
22336. Язык Си: историческая справка, общая характеристика, основные достоинства. Подготовка к выполнению и выполнение программ в операционной среде MS DOS. Элементы языка Си: множество символов, ключевые слова, константы и переменные, операции и операторы 35.5 KB
  В языке Си имеется большой набор управляющих конструкций для реализации циклических и разветвленных алгоритмов средства для блочного и модульного программирования а также возможность гибкого управления процессом выполнения программы. В заключение перечислим некоторые основные свойства языка Си: широкий набор управляющих конструкций для организации циклов и условных переходов обеспечивающих возможность написания гибких и хорошо структурированных программ; большой набор операторов и операций многие из...
22337. Понятие типа данных. Переменные и константы. Основные типы данных в языке Си: общая характеристика, машинное представление, описание данных в программе. Числовые, символьные и строковые константы 44 KB
  Арифметические операции и арифметические выражения. Операции отношения логические операции и логические выражения. Понятие типа включает в себя следующую информацию об элементе данных: допустимый набор значений которые объект этого типа может принимать в процессе работы программы совокупность всех указанных значений мы будем называть областью определения типа; состав операций которые разрешено выполнять над объектами данного типа; способ представления элемента данных рассматриваемого типа в памяти машины; ...
22339. Массивы переменные как однородные статические структуры данных. Строки символов. Инициализация переменных и массивов. Управляющие конструкции языка Си: синтаксис и семантика 47 KB
  Так например для представления строки содержащей 40 символов в программе необходимо иметь описание вида char string[41]; т. Имя функции и назначение: strcat добавление строки string2 в конец строки string1 Формат и описание аргументов: char strcatstring1 string2 char string1; Указатель на строкуприемник char string2; Указатель на строкуисточник Возвращаемое значение равно адресу начала стороки string1 т. Имя функции и назначение: strchr поиск первого вхождения символа sym в строку string...