Файл: Задание на курсовую работу По исходным данным, приведенным в табл. 13, требуется.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 24
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Vвх.
ТVвх/R1=kC2Iо
Оттуда:
F=1/T=Vвх/(kIоR1C2)
Отсюда следует, что стабильность характеристики преобразования ПНЧ зависит от внешних элементов R1,C2 и внутренних параметров к, Iо микросхемы.
Кроме того для обеспечения высокой линейности преобразования конденсатора С1 необходимо выбирать с малой утечкой и малым коэффициентом диэлектрической абсорбции (полипропиленовый, полистироловый, поликорбонатовый).
Диапазон входных токов задается равным 0,25Iо, а резистор R1 устанавливает входное напряжение от 0 до Vвх=max0,25IоR1
ПНЧ содержит открытый каскад с выходным 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 гальвонической изоляции аналоговых входов.
Рисунок 5. Типовая схема включения и диаграммы сигналов ПНЧ VFC32
При расширении диапазона измерения входной частоты все заметнее проявляться 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 0-500 кГц погрешность нелинейности увеличивается до 0,2%.
4. Разработка преобразователя уровней
Согласно задания на курсовой проект, нам необходимо разработать схему преобразователя уровней между микросхемами КМДП ТТЛ типов.
Рисунок 6. Принципиальная схема преобразователя уровней
Основные параметры, необходимые для построения преобразователей уровня, приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Схема ПУ работает следующим образом.
Если Uвх = U0кмдп еоб, транзистор VT находится в режиме отсечки. Поскольку к выходу ПУ подключены n ТТЛ-элементов, то через резистор Rк протекает не только ток коллекторного перехода Iкб о транзистора VT, но и n токов I1вх ттл. Напряжение на коллекторе транзистора VT, равное напряжению на выходе ПУ, должно быть больше уровня логической 1 ТТЛ-элементов U1ттл
Если Uвх = U1кмдп, то транзистор VT должен находится в режиме насыщения, т.е.
Обычно стараются создать степень насыщения транзистора S = 1,5 3; при больших S существенно снижается быстродействие ПУ.
5. Выбор биполярного транзистора
Для использования в преобразователе уровня выберем биполярный транзистор КТ202А.
Параметры транзистора приведены в таблице 4.
Таблица 4. Параметры КТ202А
6. Расчет схемы ПУ, подбор номиналов резисторов
Значения резисторов Rк и Rб определяются из условий двухсторонних ограничений, изложенных ниже.
где:
- минимальное напряжение питания при заданном допуске;
Где Сн = nСвх + См, См = 50 пФ
- монтажная емкость, Свх. = 15 пФ входная емкость элементов, n=1.
Для нахождения суммы
и 
используем следующее выражение:
где: Т* - приращение температуры, при которой обратный ток I0(Т0) удваивается (Т* (8 10) С для германия и Т* (6 - 7) С для кремния);
Т – температура, при которой определяют ток I0; I0(Т0) – ток I0 при некоторой исходной температуре Т0,
Подставляя значения в формулы, получаем:
Отсюда:
Таким образом, выбираем номинал сопротивления резистора из стандартного ряда, отсюда Rk=2.4 мОМ.
Рассчитаем значение RБ:
Так как величину сопротивления RБ рекомендовано выбирать максимальной, примем RБ=24 мОм.
7. Расчет мощности, потребляемой ПУ
Определим мощность, потребляемую ПУ. Если Uвх = U0ттл, то VT находится в режиме отсечки, и через резистор Rк протекает ток nI1вх кмдп + Iкб о, который будет максимальным при наибольшей заданной температуре.
Поэтому мощность, которую ПУ потребляет от источника питания £ в состоянии логической 1 на выходе, равна:
Если Uвх = U1ттл, то VT насыщен, и мощность, потребляемая ПУ в соответствии логического 0 на входе, с учетом (5) равна:
Таким образом, мощность, потребляемая ПУ в состоянии логической единицы, равна:
Мощность, потребляемая в состоянии логического нуля:
8. Расчет и построение передаточной характеристики
Статические свойства схемы ПУ наглядно отражаются ее передаточной характеристикой – зависимостью Uвых = f(Uвх).
Для построения передаточной характеристики необходимо зависимость Uвых от изменения температуры по следующим формулам:
Uвых = Е – (nI1вх ттл + Iкб о)Rк
Где
При Т=250С.
Передаточная характеристика изображена на рисунке 7.
Определяя значение напряжения:
U+п = U-пор – U0ттл макс U-п = U1 ттл макс – U0 пор,
Определяя по графику, получаем:
U+п = U-пор – U0ттл макс =3.5 В
U-п = U1 ттл макс – U0 пор=4.5 В.
Рисунок 7. Передаточная характеристика ПУ
9. Интегральный аналог ПУ
Микросхема К561ПУ4 содержит 6 преобразователей уровня от КМОП-логики к ТТЛ, которые могут быть использованы также в качестве буферных усилителей.
Микросхема К561ПУ4 имеет мощные выходы и может работать на 2 ТТЛ-входа серий К155(74xx).
На входах микросхемы К561ПУ4 отсутствуют защитные диоды, что позволяет подавать на её входы напряжение, большее напряжение питания.
Основные характеристики К561ПУ4 (при +25oC):
Заключение
В курсовом проекте разработан аналого-цифровой преобразователь с преобразованием «напряжение - частота - двоичный код» на основе микросхем отечественного производства.
Произведены расчеты преобразователя уровней, его потребляемой мощности, построена передаточная характеристика.
Литература
ТVвх/R1=kC2Iо
Оттуда:
F=1/T=Vвх/(kIоR1C2)
Отсюда следует, что стабильность характеристики преобразования ПНЧ зависит от внешних элементов R1,C2 и внутренних параметров к, Iо микросхемы.
Кроме того для обеспечения высокой линейности преобразования конденсатора С1 необходимо выбирать с малой утечкой и малым коэффициентом диэлектрической абсорбции (полипропиленовый, полистироловый, поликорбонатовый).
Диапазон входных токов задается равным 0,25Iо, а резистор R1 устанавливает входное напряжение от 0 до Vвх=max0,25IоR1
ПНЧ содержит открытый каскад с выходным 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 гальвонической изоляции аналоговых входов.
Рисунок 5. Типовая схема включения и диаграммы сигналов ПНЧ VFC32
При расширении диапазона измерения входной частоты все заметнее проявляться 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 0-500 кГц погрешность нелинейности увеличивается до 0,2%.
4. Разработка преобразователя уровней
Согласно задания на курсовой проект, нам необходимо разработать схему преобразователя уровней между микросхемами КМДП ТТЛ типов.
Рисунок 6. Принципиальная схема преобразователя уровней
Основные параметры, необходимые для построения преобразователей уровня, приведены в таблице 3.
Таблица 3.
| Параметр, единица измерения | Элементная база | |
| ТТЛ | КМДП | |
| E, В |  |  |
 , В |  |  |
 , В |  |  |
 , мА |  |  |
 , мА |  | |
 , мА |  |  |
 , мА |  | |
 , В |  |  |
Схема ПУ работает следующим образом.
Если Uвх = U0кмдп еоб, транзистор VT находится в режиме отсечки. Поскольку к выходу ПУ подключены n ТТЛ-элементов, то через резистор Rк протекает не только ток коллекторного перехода Iкб о транзистора VT, но и n токов I1вх ттл. Напряжение на коллекторе транзистора VT, равное напряжению на выходе ПУ, должно быть больше уровня логической 1 ТТЛ-элементов U1ттл
Если Uвх = U1кмдп, то транзистор VT должен находится в режиме насыщения, т.е.
Обычно стараются создать степень насыщения транзистора S = 1,5 3; при больших S существенно снижается быстродействие ПУ.
5. Выбор биполярного транзистора
Для использования в преобразователе уровня выберем биполярный транзистор КТ202А.
Параметры транзистора приведены в таблице 4.
Таблица 4. Параметры КТ202А
| ТИП | B1-B2/Iк /мА | Fт МГц | Cк/Uк пф/В | Cэ/Uэб пф/В | tр нс | Uкэ/(Iк/Iб) В/(мА/мА) |
| КТ203А | 9-/1 | 5 | 10/5 | 10/0.5 | 1000 | 0.5/(10/1) |
| ТИП | Uкб В | Uкэ/R В/кОм | I0, мА | Uэб В | Iкм/Iкн мА/мА | Pк мВт | Пер |
| КТ202А | 15 | 15 | 1 | 10 | 20/ | 15 | P-N-P |
6. Расчет схемы ПУ, подбор номиналов резисторов
Значения резисторов Rк и Rб определяются из условий двухсторонних ограничений, изложенных ниже.
где:
- минимальное напряжение питания при заданном допуске; Где Сн = nСвх + См, См = 50 пФ
- монтажная емкость, Свх. = 15 пФ входная емкость элементов, n=1.
Для нахождения суммы
и используем следующее выражение: где: Т* - приращение температуры, при которой обратный ток I0(Т0) удваивается (Т* (8 10) С для германия и Т* (6 - 7) С для кремния);
Т – температура, при которой определяют ток I0; I0(Т0) – ток I0 при некоторой исходной температуре Т0,
Подставляя значения в формулы, получаем:
Отсюда:
Таким образом, выбираем номинал сопротивления резистора из стандартного ряда, отсюда Rk=2.4 мОМ.
Рассчитаем значение RБ:
Так как величину сопротивления RБ рекомендовано выбирать максимальной, примем RБ=24 мОм.
7. Расчет мощности, потребляемой ПУ
Определим мощность, потребляемую ПУ. Если Uвх = U0ттл, то VT находится в режиме отсечки, и через резистор Rк протекает ток nI1вх кмдп + Iкб о, который будет максимальным при наибольшей заданной температуре.
Поэтому мощность, которую ПУ потребляет от источника питания £ в состоянии логической 1 на выходе, равна:
Если Uвх = U1ттл, то VT насыщен, и мощность, потребляемая ПУ в соответствии логического 0 на входе, с учетом (5) равна:
Таким образом, мощность, потребляемая ПУ в состоянии логической единицы, равна:
Мощность, потребляемая в состоянии логического нуля:
8. Расчет и построение передаточной характеристики
Статические свойства схемы ПУ наглядно отражаются ее передаточной характеристикой – зависимостью Uвых = f(Uвх).
Для построения передаточной характеристики необходимо зависимость Uвых от изменения температуры по следующим формулам:
Uвых = Е – (nI1вх ттл + Iкб о)Rк
Где
При Т=250С.
Передаточная характеристика изображена на рисунке 7.
Определяя значение напряжения:
U+п = U-пор – U0ттл макс U-п = U1 ттл макс – U0 пор,
Определяя по графику, получаем:
U+п = U-пор – U0ттл макс =3.5 В
U-п = U1 ттл макс – U0 пор=4.5 В.
Рисунок 7. Передаточная характеристика ПУ
9. Интегральный аналог ПУ
Микросхема К561ПУ4 содержит 6 преобразователей уровня от КМОП-логики к ТТЛ, которые могут быть использованы также в качестве буферных усилителей.
Микросхема К561ПУ4 имеет мощные выходы и может работать на 2 ТТЛ-входа серий К155(74xx).
На входах микросхемы К561ПУ4 отсутствуют защитные диоды, что позволяет подавать на её входы напряжение, большее напряжение питания.
Основные характеристики К561ПУ4 (при +25oC):
| Напряжение питания (Uпит) | +3..+15V | |
| Параметры при Uпит= | +5V | +10V |
| Ток потребления (статический) | < 3µA | < 5µA |
| Выходное напряжение лог. "0", не более | 0,05V | 0,05V |
| Выходное напряжение лог. "1", не менее | 4,95V | 9,95V |
| Входное напряжение лог. "0", не более | 0,95V | 2,9V |
| Входное напряжение лог. "1", не менее | 3,6V | 7,2V |
| Входной ток лог. "0"/"1" | < 0,2µA | |
| Выходной ток лог. "0", не менее | 3mA | 8mA |
| Выходной ток лог. "1", не менее | 1,25mA | 1,25mA |
| Время нарастания 0/1 | <240nS | <110nS |
| Время спада 1/0 | <280nS | <140nS |
| Рабочий диапазон температур | -10oC..+70oC | |
| Корпус | DIP-16 | |
| Аналоги | CD4050BE MC14050BCP Заменяет К176ПУ3 | |
Заключение
В курсовом проекте разработан аналого-цифровой преобразователь с преобразованием «напряжение - частота - двоичный код» на основе микросхем отечественного производства.
Произведены расчеты преобразователя уровней, его потребляемой мощности, построена передаточная характеристика.
Литература
-
Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых устройств.-М.: Додэка хх1, 2007. -
Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т.3,4,5.-М.: Радиософт, 2008. -
Микросхемы ЦАП и АЦП. Справочник+СД.-М.: Додэка хх1,2008. -
Миловзоров О.В. Электроника. Гриф МО РФ.-М.: Высшая школа, 2008. -
Наундорф У. Аналоговая электроника. Основы, расчет, моделирование.-М.: Техносфера,2008. -
Прянишников В.А. Электроника. Полный курс лекций. –СПб.: Корона принт, 2004. -
Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: В 2-х томах.-М.:Додэка хх1,2008. -
Ю.А. Мячин Справочник. 180 аналоговых микросхем.-М.:1993.