Смекни!
smekni.com

Схема сбора аналоговой информации микропроцессорной системы (стр. 5 из 6)

,

где

Здесь

является максимальной величиной напряжения на выходе ОУ, а
- максимальным выходным током ОУ (паспортные данные ОУ).

При задании резисторов следует помнить о том, что резисторы

и
÷
определяют величину входного сопротивления каскада по инвертирующему к неинвертирующему входам и являются фактическими нагрузками ОУ ДА1,ДА2.Кроме того, применение высокоомных резисторов
÷
приводит к повышенному дрейфу выходного напряжения из-за нескомпенсируемой разности входных токов
(паспортный параметр ОУ).

Расчет каскадов на ДА1,ДА2 начинают с выбора номиналов резисторов

и
:

К выбору подходят с тех же позиций, что и при выборе резисторов

÷
.

Зная требуемый минимальный коэффициент

усиления согласующего усилителя, рассчитывают максимальное суммарное сопротивление резисторов R1 и R2:

а затем, исходя из максимального коэффициента усилителя

,-минимальное значение суммарного сопротивления резисторов R1 и R2

Величину резистора R2 определяют как

. Если получается номинал, отсутствующий в стандартном ряде, то выбирают ближайший. Допуск на относительный разброс номиналов резисторов (кроме R1 и R2) определяют по формуле

где

- требуемый коэффициент ослабления синфазной помехи.

После выбора и расчета номиналов резисторов необходимо оценить напряжение ошибки на выходе каскада, обусловленной дрейфом напряжений смещений нуля и разностных входных токов по стандартной методике [3]. Если напряжение ошибки получается более

, то следует уменьшить номиналы резисторов R3 ÷ R8 и повторить расчет.

5.2 Фильтр низких частот

Схема фильтра 2-го порядка с характеристикой Баттерворта приведена на рис.9. Здесь не показаны только цепи коррекции смещения нуля и частотной коррекции (наличие этих цепей в РГР обязательно).

Для получения требуемой частотной характеристики (максимально плоская в полосе прозрачности АЧХ и спад на переходном участке - 40 дБ/дек.) коэффициент затухания

принимают равным 1,414.

Верхняя граничная частота фильтра определяется как:

поэтому, варьируя номиналами как R, так и С, можно добиться требуемого значения

.

Рисунок 9 – Схема фильтра низких частот

Однако целесообразно задаться сначала величинами емкостей С из ряда стандартных значений, а затем рассчитать величины резисторов:

Величины емкостей С следует выбирать таким образом, чтобы получить значения резисторов R в пределах (10÷100) кОм.

С целью уменьшения влияния разности входных токов ОУ должно выполняться равенство:


(4)

В то же время для получения АЧХ типа Баттерворта

(5)

Решая систему уравнений (4) и (5), определяют номиналы R1 и R2.

Рассчитав номиналы элементов схемы, уточняют величину коэффициента усиления в полосе прозрачности:

и находят ошибку усиления постоянной составляющей, обусловленную дрейфом напряжения смещения нуля ОУ и его входного тока.

5.3 Устройство выборки-хранения

Одна из схем УВХ представлена на рис.10. Здесь в роли ключа применен полевой транзистор VT1 с р-n переходом. Он включен по схеме с плавающим затвором, благодаря чему независимо от величины входного аналогового сигнала достигается полное открытие ключа в моменты выборки. Режим плавающего затвора обеспечивается за счет применения переключающего диода VD1 . При подаче положительного импульса Uу диод VD1 закрыт и транзистор VТ1 открыт, так как потенциал затвора равен потенциалу истока (если пренебречь падением напряжения на резисторе R1 за счет тока затвора и обратного тока диода VD1). При поступлении отрицательного импульса управления диод VD1 открывается, напряжение на затворе становится равным управляющему и транзистор VТ1 закрывается.


Рисунок 10 - Вариант схемы УВХ.

Конденсатор C1 выполняет роль накопительной емкости. В момент выборки, когда транзистор VТ1 открыт, происходит заряд емкости до мгновенного значения входного сигнала. После закрытия ключа на VТ1 наступает режим хранения, в течение которого конденсатор C1 разряжается незначительным током утечки закрытого транзистора VТ1 и входным током операционного усилителя DA1. Последний включен по схеме неинвертирующего повторителя и обладает, как известно, большим входным сопротивлением (десятки мегом и более).

Проектирование УВХ начинают с выбора активных элементов схемы - диода, транзистора и ОУ. Транзистор следует подбирать с наименьшим сопротивлением канала в насыщенном состоянии, наименьшим током утечки и наименьшим напряжением отсечки

. Чем меньше
, тем легче удовлетворяются требования к управляющим сигналам.

Допустимое напряжение между стоком и истоком у транзистора

Диод выбирают импульсный, маломощный, с величиной обратного тока менее единиц микроампер.

В качестве ОУ рекомендуется использовать усилители с полевыми транзисторами на входах. Эти типы ОУ обладают большим входным сопротивлением и малым (десятки наноампер) входным током.

Расчет начинают с анализа режима выборки сигнала, когда конденсатор С1 заряжается через открытый ключ на транзисторе VT1. Ошибка

- выборки зависит от соотношения постоянной времени цепи заряда и времени выборки tв. Это позволяет установить максимально допустимое значение емкости С1:

где

- выходное сопротивление источнике сигнала (фильтра низких частот или функционального преобразователя), Ом;

- сопротивление открытого ключа, Ом;

- относительная ошибка в режиме выборки.

В режиме хранения происходит разряд емкости током Iут утечки транзистора VТ1 , входным током Iвх ОУ. Разряжается емкость также и через входное сопротивление ОУ ДА1.

Ошибка, возникшая в режиме хранения, зависит от величины емкости. Это позволяет определить минимально допустимое значение емкости накапливающего конденсатора С1:

где

- время хранения;

- относительная ошибка хранения ;

- суммарный ток утечки (равен суме тока утечки транзистора VТ1 и входного тока ОУ);
- входное сопротивление повторителя напряжения.

Требуемое значение емкости конденсатора С1 выбирают как


Величину сопротивления резистора R1 находят по формуле: