1 Аналоговые функциональные устройства АЦП. 1.Устройства, формирующие меру. 2. Согласующие и масштабирующие устройства. 3.Устройства выборки и хранения. - презентация

1 1 Аналоговые функциональные устройства АЦП. 1.Устройства, формирующие меру. 2. Согласующие и масштабирующие устройства. 3.Устройства выборки и хранения.

2 2 Источники стабильного тока. Идеальный источник тока должен иметь внутреннее сопротивление R вн и ток I 0, не зависящий от сопротивления нагрузки. 1. Внутреннее сопротивление источника определяется коллекторной характеристикой транзистора при I б =const. I к (U кб ) Iб=const R вн = U кб / I к =(10 3 ÷10 4 )кОм

3 3 Источник выходящего тока.Источник входящего тока. 2. Отрицательная обратная связь последовательного типа по току увеличивает внутреннее сопротивление: 3. Ток стабилизации: 4. Использование ОУ в цепи обратной связи транзисторов значительно улучшает и стабилизирует параметры источников тока.

4 4 Источники стабильного опорного напряжения. 1. Схема с термокомпенсированным стабилитроном. ТКН ст ±5· / 0 C, временной дрейф за 5000 ч/раб Условия нормальной работы R>>r д, I c >>I н. Пример: R=2000Ом, U 1 =10В, r д =10Ом,U 0 =5В

5 5 2. Схема с дополнительным источником тока. Здесь вместо гасящего сопротивления R включен источник тока с большим внутренним сопротивлением R*10 6 Ом. Пример: U 1 =10В, U 0 =5В, r д =10Ом, R=R*=2000·10 3 Ом. Источники U 0 на термокомпенсированных стабилитронах выпускаются в интегральном исполнении: AD688 – U 0 =10±0,0025В, К ст =5000; MAX671C – U 0 =10±0,001, К ст =20000.

6 6 3. Стабилизация U 0 на переходе U бэ. Схема имеет большую температурную нестабильность, так как коэффициент ТКН по напряжению U бэ -2,1мВ/ 0 С

7 7 Схема стабилизации Видлара. В схеме Видлара напряжение ΔU б, компенсирующее ТКН перехода U бэ формируется как разность: при разных токах Значения этих токов определяют знак, а К 0 – величину ΔU б : На этом принципе функционируют микросхемы: AD U 0 =2,5±0,002В, ТКН - 50· / 0 C, К ст =40000; LM385 - U 0 =1,24±0,015В, ТКН - 30· / 0 C.

8 8 Источники стабильной частоты. Cхема автогенератораУсловия самовозбуждения: Баланс амплитуд: Баланс фаз: 1. В качестве звена ПОС – β(ω) установлен узкополосный фильтр LC. 2. Чем уже полоса Δω, тем ближе форма генерируемых колебаний к гармоническим.

9 9 Стабильность частоты ω 0 опреде- ляется термостабильностью пара- метров кварцевого резонатора. Схема замещения кварцевого резонатора: ИМС кварцевых автогенераторов: ГК102 – ТС: f 0 = (10 … 40)МГц, КТН = ± в диапазоне (-40 … +70) 0 С КНΔЕ п = ± при ΔЕ п = ± (5 ÷ 10)% Корпус 40x30x15мм. ГК145 – ТС: f 0 = (10 … 40)МГц, КТН = ± в диапазоне (-20 … +70) 0 С КНΔЕ п = ± при ΔЕ п = ± (5 ÷ 10)% Корпус 40x30x15мм.

10 10 При передаче информации электрическими сигналами между функциональными блоками должно существовать определенное согласование: 1. По уровню сигналов Масштабирующий усилитель. ИМС – LMV101; K = -1, -2, -5, -10. Согласующие устройства.

11 Диодный ограничитель Масштабирующий (умножающий) ЦАП.

12 12 2. По форме сигналов (ток - напряжение) Измерительный преобразователь. Усилитель охвачен ООС параллельного типа по напряжению.

13 Измерительный преобразователь. Усилитель охвачен ООС последовательного типа по напряжению.

14 14 Операционный усилитель в качестве согласующего элемента по входным и выходным сопротивлениям. 1. ОУ с ООС по напряжению параллельного типа. 2. ОУ с ООС по напряжению последовательного типа.

15 15 3. ОУ с ООС последовательного типа комбинированной структуры.

16 16 3. По сопротивлениям вход – выход. Согласование устраняет потери сигнала на внутренних выходных сопротивле- ниях функциональных блоков. Усилитель охвачен ООС последовательного типа по напряжению. Пример:

17 17 Устройства выборки и хранения - УВХ. В момент дискретизации kΔt, УВХ фиксирует амплитуду отсчета U k = U(kΔt) и хранит ее на время t x, достаточное для выполнения преобразования в АЦП – t x >t п. t в – время выборки; t х – время хранения; - период дискретизации; f д – частота дискретизации.

18 18 1. УВХ разомкнутого типа. На время t в ключ замыкается и С п быстро заряжается до U 2 (kΔt). На время t х ключ размыкается, а на С п хранится напряжение U к. На этапе хранения возникает погрешность ΔU p, обусловленная разрядом конденсатора С п токами утечки, в основном через К л1. U 1 (t) – нормированный входной сигнал; К л1 – ключ с двухсторонней проводимостью; С п – конденсатор памяти.

19 19 ΔU с – погрешность слежения; ΔU p – погрешность хранения (разряд С п токами утечки); Суммарная погрешность должна быть: ( U p + U c ) U q /2 Диаграмма погрешностей УВХ. t у – время установления; t х – время хранения; t а – апертурное время, неопределенность начала работы АЦП.

20 20 2. УВХ замкнутого типа. На время выборки К л2 замкнут, К л1 – разомкнут. На время хранения К л1 - замыкается, К л2 – разомкнут. Потенциалы в точках а и б равны, по этому ток утечки I ут = 0.

21 21 С п = (10÷1000)пФ t в = (5÷10)мкс t у = (0.3÷0.5)мкс t а = 100нс Скорость разряда С п - (0,2÷5) В/сек (U 1 ) мах = +5 В ИМС – УВХ – КР1101СК2