Анализ и исследование схем преобразователей напряжение-частота

Скачать

Выбор и описание принципиальной и функциональной схем трансформатора. Особенности моделирования преобразователя напряжения в частоту с повышенной линейностью передаточной характеристики в составе частотно-импульсного модулятора в среде MicroCAP-9.

Размер: 1,8 M
Тип: дипломная работа
Категория: Коммуникации и связь
Скачать

Другие файлы:

Функциональные аналоговые интегральные микросхемы
Приводятся сведения о четырех классах специализированныхфункциональных интегральных микросхем. Расематриваются тенденции развития...

Аналоговые перемножители напряжения
Способы построения аналоговых перемножителей. Влияние технологических погрешностей аналоговых компонентов на характеристики и параметры перемножителей...

Исследование аналого-цифрового и цифрового преобразователей
Применение аналого-цифровых преобразователей (АЦП) для преобразования непрерывных сигналов в дискретные. Осуществление преобразования цифрового сигнал...

Расчет функций преобразования, чувствительности к измеряемым физическим величинам и схем включения в измерительную цепь различных типов первичных преобразователей
Устройство, принцип действия, описание измерительных преобразователей механического сигнала в виде упругой балки, пьезоэлектрического, емкостного, фот...

Диплом из СГМТ по pасчету паpового котла
Механизм исполнительный одно-оборотный , номинальный крутя-щий момент 40кгс/м, номинальный ход выходного органа 0,25 оборота за 25с, Напряжение питани...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

ВЫПУСКНАЯ РАБОТА

подготовки бакалавров техники и технологии по направлению

"Электроника и микроэлектроника"

Тема: Анализ и исследование схем ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЕ-ЧАСТОТА

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СХЕМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

2.1 Основные методы преобразования

2.2 Простейшие преобразователи

2.3 Преобразователи с повышенной линейностью

2.4 Преобразователи на таймерах

2.5 Применение преобразователей напряжения в частоту

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЕ-ЧАСТОТА

3.1 Выбор и описание функциональной схемы

3.2 Выбор принципиальной схемы преобразователя напряжение-частота

3.3 Расчет принципиальной схемы преобразователя напряжение-частота

3.4 Моделирование в среде MicroCAP-9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

трансформатор преобразователь модулятор передаточный

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время широкое распространение получили преобразователи напряжения в частоту на ОУ. Такие преобразователи характеризуются точностью, высокой линейностью, хорошей температурной стабильностью параметров и низкой стоимостью. Одно из главных применений преобразователей напряжения в частоту основано на способности этих преобразователей осуществлять согласование между аналоговыми и цифровыми схемами. Преобразователи напряжения в частоту также могут быть использованы для дистанционного контроля параметров аналоговых схем, измерения отношений сигналов, интегрирования и т. д. Такие схемы являются основой различных систем управления, генераторов пилообразных импульсов, модуляторов.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В ходе выполнения дипломного проекта был произведен поиск информации по разрабатываемой тематике. Результаты поиска сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1. Обзор литературы

Предмет поиска

Источники информации, по которым проведен поиск

Сущность технического решения в анализируемом источнике информации

Принцип действия преобразователя напряжение-частота

Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств.- М. Издательский дом "Додэка- XXI", 2005. - 528с.

Приведена структурная схема и описан принцип действия преобразователя напряжение-частота

Микросхема КР1108ПП1

1. Амелина М.А. Лекции. Электронные и промышленные устройства.

2. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: фенкционирование, параметры, применение. - М.: Энергоатомиздат, 1990.-320с.

Приведена функциональная электрическая схема и описан принцип работы

Методы преобразования напряжения в частоту и преобразователи

Применение прецизионных аналоговых микросхем/А.М. Алексенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 304 с.

Представлены схемы преобразования и приведено их описание, помогающие представить работу преобразователей напряжение-частота

1. Интегратор

2. Компаратор

3.Неинвертирующий сумматор

4. Ждущий мультивибратор

1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. - М.: Мир, 1982.-512с.

2. Кауфман М, Сидман А.Г. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справочник. В 2-х т. Т. 1: Пер. с англ./ Под ред. Ф.Н. Покровского. - М.: Энергоатомиздан, 1991. - 368 с.

3. Применение прецизионных анало-говых микросхем/А.М. Алексенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 304 с.

4. Аналого-цифровые преобразо-ватели/Под ред. Г.Д. Бахтиарова. - М.: Советское радио, 1980. - 280с.

5. Калиненко А.Г.. Усилительные устройства на транзисторах и интегральных микросхемах. М.: издательство МЭИ, 1999

6. Калиненко А.Г. Лекции. Электронные цепи и микро-схемотехника.

Рассмотрены основные схемы включения и приведены формулы для расчета элементов входящих в схему.

2. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СХЕМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

2.1 Основные методы преобразования

Простейшая схема преобразователя напряжения в частоту (рис. 1.1) содержит управляемый напряжением генератор тока (ГТ), обеспечивающий линейный процесс заряда конденсатора С до порогового напряжения, которое определяется опорным напряжением UОП. Когда напряжение на конденсаторе достигает этого значения, компаратор изменяет свое состояние и запускает схему формирования выходных импульсов с одним устойчивым состоянием (одновибратор), которая вырабатывает один импульс фиксированной длительности. Одновременно на выходе компаратора формируется управляющий импульс, замыкающий контакты переключателя S, через которые происходит разряд конденсатора С. Затем весь цикл снова повторяется. Если генератор тока спроектирован таким образом, что его выходной ток i прямо пропорционален входному напряжению U ВХ, то схема представляет собой обычный преобразователь напряжения в частоту.

Для напряжения на конденсаторе в любой момент времени t (когда переключатель разомкнут) справедливо следующее выражение: UC=it/C. Время, в течение которого напряжение UC достигнет порогового значения UOП , равно ф=UОП C/i=U ОП C/ kU ВХ , где k -- коэффициент пропорциональности между входным напряжением и выходным током ГТ

Рис. 1.1. Схема простейшего преобразователя напряжения в частоту.

Зная ф, легко определить зависимость выходной частоты преобразователя от входного напряжения:

f=1/ф=kUВХ/(UОПC). (1.1)

Необходимо заметить, что в действительности время разряда конденсатора С имеет отличное от нуля постоянное для каждой схемы значение tр. Это приводит к появлению ошибки при определении частоты f из выражения (1.1), причем эта ошибка особенно значительна на высоких частотах. Действительно, с учетом времени tр выражение для определения частоты может быть представлено в виде

Можно показать, что при использовании транзисторного ключа для разряда конденсатора емкостью 100 пФ ошибка на частоте f = 20 МГц, вносимая временем разряда, около 10%. Дальше будут указаны способы ее компенсации при построении преобразователей напряжения в частоту по описанному методу.

Другой метод преобразования напряжения реализован в схеме на рис. 1.2,а.

Рис. 1.2. Преобразователь на интеграторе (а), форма напряжения в различных точках схемы (б, в) и зависимость частоты выходных колебаний от амплитуды входного сигнала (г).

В ней использованы интегратор на ОУ и переключающий биполярный транзистор, включенный параллельно интегрирующему конденсатору. Схема работает с входным напряжением отрицательной полярности и интегрирует его в положительном направлении до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет порогового значения. В этот момент срабатывает компаратор, который возвращает интегратор в исходное нулевое состояние с помощью транзисторного переключающего каскада, работающего в режиме насыщения.

Форма напряжения в различных точках схемы показана на рис. 1.2,б, в. Выходной сигнал интегратора в виде напряжения пилообразной формы (рис. 1.2, б) поступает на вход компаратора и преобразуется в последовательность узких импульсов (рис. 1.2, в), длительность которых зависит от времени восстановления используемого ОУ и в приведенной схеме равна 0,5 мкс. В течение этого времени конденсатор С полностью разряжается через транзистор VT. Частота следования выходных импульсов обратно пропорциональна наклону пилообразного напряжения интегратора и линейно изменяется с изменением входного сигнала (рис. 1.2, г).

Для определения частоты выходных импульсов схемы в зависимости от амплитуды напряжения на входе справедливо следующее выражение: f = (1/4R1С)UВХ=50UВХ, где С - интегрирующий конденсатор; R1 -- сопротивление резистора на инвертирующем входе усилителя; UВХ -- в вольтах; f -- в герцах.

...