Частотно-модульовані сигнали (стр. 11 из 13)
Залежності
та 
для ДУ1 і ДУ1 з ЕП на вході, отримані при 
= 100, приведені на рис. 4.6 [6].Неважко обчислити з рівняння:
,що мінімально досяжне значення
рівне 
, досягається при: 
.(4.32)Оптимальне значення
при виконанні (4.32) рівне: 
.Граничне значення
при 
і рівне 
.
Рисунок 4.5 – Графіки залежності
та для ДУ1 і ДУ1 з ЕП на входіПроте останнє досягається за рахунок збільшення
до величини 100 
(див. рис.4.5). Включення на вході ДУ1 ланцюгів, компенсуючи струм Івх, при технологічному розкиді (10…20٪) параметрів елементів ДУ1 в кращому разі дозволяє зменшити Івх в 5 разів, а отже, і досягти 
при незначному збільшенні АП П в порівнянні із звичайним ДУ.Після порівняння сигналу з ідеальним в компараторі напруги і перетворення його в цифрову послідовність, сигнал поступає на схему управління та комутатор. В даній схемі комутатор та схема управління виконані на основі польових транзисторів.
На підставі вище викладеного можна запропонувати простий метод розрахунку комутатора аналогових сигналів на ПТ:
1. Вибирається структура комутатора на підставі початкових даних: числа каналів, вхідного опору датчиків, допустимої погрішності, частотного і динамічного діапазонів комутованих аналогових сигналів.
У багатоступінчатих комутаторах погрішність, обумовлена взаємним впливом каналів, спостерігається у меншій мірі, ніж в одноступінчатому. При значному числі каналів багатоступінчата структура виявляється більш швидкодійною, за рахунок зменшення вихідної ємності комутатора. Крім того, багатоступінчата структура володіє меншою погрішністю перед одноступінчатою у разі значного опору датчиків.
Одноступінчата структура вимагає меншого числа ключів і в основному використовується при незначному числі каналів (звичайно не більше 10).
2. Вибирається тип польового транзистора, що працює як ключ.
3. Вибирається схема управління аналоговим ключем.
4. Складається еквівалентна схема комутатора і на підставі її аналізу знаходяться статична і динамічна погрішності комутатора.
5. Знаходяться всі параметри аналогового ключа, які вносять свій внесок в погрішність комутатора при передачі сигналу.
Необхідно спроектувати і розрахувати електронний комутатор, який підключає виходи компараторів напруги до входу суматора.
- число каналів – 4;
- частотний спектр вхідного сигналу 0,5-200 Гц;
- амплітуда комутованого сигналу ±3 В;
- погрішність передачі сигналу < 0,5٪;
- вихідний опір біопідсилювачів 2 кОм;
- опір навантаження (АЦП) 1 МОм;
- діапазон робочих температур 10…40ºС.
1. Визначимо частоту опитування каналів комутатора. За теоремою Котєльнікова частота запиту fп повинна перевищувати максимальну частоту спектру сигналу FВ, як мінімум в 2 рази. Практично, це значення береться звичайно в 5-10 разів більше. Звідси, частота запиту одного каналу fп = 5FВ = = 5
200 =1000 Гц. Частота запиту 5 каналів fп = 5 кГц.2. Оскільки число каналів незначне, вибір зупиняється на одноступінчатій структурі комутатора.
3. Обираємо як ключ – польовий транзистор КП103Ж, що має наступні параметри:
; 
; 
; 
; 
.Подальший розрахунок проводимо як для найгіршого випадку.
4. Визначаємо необхідну напругу замикання для обраного типу транзистора (без врахування вхідного сигналу) [6]:
==
,де
= (2÷3 мВ/ºС)ΔТº.З врахуванням вхідного сигналу управляюча напруга, необхідна для повного замикання ПТ, визначається з виразу:
.Оскільки допустима напруга замикання зверху обмежується максимально допустимою напругою на затворі рівною 15 В, то
необхідно обирати з проміжку:5,8 В <
< 15 В.Це значення уточнюється при розрахунку режиму роботи транзистора, який управляє ланцюгами затвору.
5. Вибираємо схему управління з буферним підсилювачем. При цьому з’являється можливість розділити ланцюги видачі сигналу (високоомний вихід комутатора) і зчитування (низькоомний вихід комутатора).
6. Визначимо статичну погрішність комутатора, що розраховується, уявляючи його у вигляді еквівалентної схеми, зображеної на рис. 4.6 [6].
Рисунок 4.6 – Еквівалентна схема комутатора
Вважатимемо, що в даний момент часу ввімкнений перший канал.
В цьому випадку вихідна напруга першого каскаду, який підключений до навантаження, викличе в ланцюзі струм
, який створює на опорах 
падіння напруги: 
Напруги датчиків
, 
, викликають струми, що протікають через опори замкнутих ПТ і опори , створюючи на останніх додаткове падіння напруги:
,де N = 5 – число каналів комутатора.
Зворотні струми затворів замкнутих транзисторів, протікаючи по тому ж ланцюгу, створюють додаткову напругу:
.Окрім перерахованих вище погрішностей при передачі сигналу існує одна, яка обумовлена струмом БУ:
.Оскільки комутатор призначений для роботи в інтервалі температур 10-40ºС, необхідно врахувати, що струми затворів ПТ подвоюються на кожні 10ºС, тобто в даному випадку струми затворів слід збільшити в 10 разів.
Сумарна статична погрішність комутатора виражається наступним чином:
7. Визначимо бракуючи для обчислення статичної погрішності параметри ключа на ПТ.
Опір каналу відкритого транзистора визначається з виразу [6]:
.(4.33) 
= 1/0,7 = 1,43 кОм.Струм стоку замкнутого транзистора:
.Вхідний струм буферного підсилювача:
.Підставляючи знайдені значення у вираз сумарної статичної погрішності, отримуємо:
Таким чином, максимальна погрішність при передачі сигналу складе 0,38٪, що менше за допустиму, тому вибір структури комутатора і типу ПТ зроблений правильно, і можна продовжувати розрахунок елементів комутатора.
8. Знайдемо повну ємність затвору [6]