Утверждено

Скачать 434.05 Kb.

Название	Утверждено
страница	8/8
Дата публикации	23.05.2014
Размер	434.05 Kb.
Тип	Курсовой проект

literature-edu.ru > Лекции > Курсовой проект

1 2 3 4 5 6 7 8

Преобразователь уровней КМДП  ТТЛ

При непосредственном сопряжении ЛЭ КМДП-типа с ЛЭ ТТЛ-типа выходные токи КМДП-элементов I⁰_вых и I¹_вых могут быть недостаточными для управления входами ТТЛ-элементов. Для усиления этих токов и согласования уровней используется ПУ, простейшая схема которого аналогична схеме ПУ ТТЛ  КМДП и приведена на рис. 24.

Если U_вх = U⁰_кмдп  е_об, транзистор VT находится в режиме отсечки (рис. 15, а). Поскольку к выходу ПУ подключены n ТТЛ-элементов, то через резистор R_к протекает не только ток коллекторного перехода I_{кб о} транзистора VT, но и n токов I¹_{вх ттл}. Напряжение на коллекторе транзистора VT, равное напряжению на выходе ПУ, должно быть больше уровня логической 1 ТТЛ-элементов U¹_ттл

U_вых = Е – (nI¹_{вх ттл} + I_{кб о})R_к  U¹_ттл.

Если U_вх = U¹_кмдп, то транзистор VT должен находится в режиме насыщения, т.е.

(20)

Обычно стараются создать степень насыщения транзистора S = 1,5  3; при больших S существенно снижается быстродействие ПУ.

Из рис. 24 видно. Что при условии U_вх = U¹_кмдп ток базы

(21)

В коллекторе насыщенного транзистора VT (рис. 25, б) втекает ток

(22)

Рис. 24. ПУ КМДП>ТТЛ

Рис. 25. ПУ КМДП>ТТЛ

Ток I_кн, найденный по формуле (22), должен быть меньше максимального тока I_{к макс} выбранного транзистора VT, т.е.:

I_кн  I_{к макс}. (23)

На передаточной характеристике U_вых = f(U_вх) рассматриваемой схемы можно выделить три участка (рис. 26).

Если U_вх  е_об, то VT находится в режиме отсечки, и U_вых определяется формулой (19).

Если U_вх  е_об, то VT открыт, и ток I_б определяется формулой (21).

Пока VT работает в активном режиме и

(24)

Если U_вх  (е_об + I_{б н}R_б), то VT находится в насыщении и U_вх = U_кен.

Рис. 26. Передаточная характеристика схемы ПУ КМДП > ТТЛ

Расчет ПУ КМДП  ТТЛ производится аналогично с использованием выражений (8)  (18) с соответствующими изменениями.

Рекомендуемая литература

Ф е д о р к о в Б.Г., Т е л е ц В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП. М.:

Энергоатомиздат, 1990. 320 с.

Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/Под ред. С.В. Я к у б о в с к о г о. М.: Радио и связь, 1990.496 с.
Т и т ц е У, Ш е н к К. Полупроводниковая схемотехника. М.: Мир, 1983.512с.
Г н а т е к Ю.Р. Справочник по цифро-аналоговым и аналого-цифровым преобразователям. М.: Радио и связь, 1982. 551 с.
М о и с е е в B.C. Системное проектирование преобразователей информации. Л.: Машиностроение, 1982.
М к р т ч я н С.О. Преобразователи уровней логических элементов. М.: Радио и связь, 1982. 64 с.
Микропроцессоры. Кн. 2.: Средства сопряжения. Контролирующие и информационно-управляющие системы/Под ред. Л.Н. П р е с н у х и н а. М.: Высшая школа, 1986.
П р е с н у х и н Л.Н., В о р о б ь е в Н.В., Ш и ш к е в и ч Л.А. Расчет элементов цифровых устройств: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1982.
Е р о ф е е в Ю.Н. Импульсные устройства. М.: Высшая школа, 1989.
Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник/Под ред. Н. Н. Г о р ю н о в а. М.: Энергоиздат, 1985.
Б а х т и а р о в Г.Д. и др. Аналого-цифровые преобразователи. М.:

Сов. радио,1980.

Б а л а к а й В. Г. и др. Интегральные схемы АЦП и ЦАП. М.: Энергия, 1978.
В е н и а м и н о в В. Н. и др. Микросхемы и их применение. М.: Радио и связь, 1989.
А л е к с е е в А. Г. Операционные усилители и их применение. М.:

Радио и связь, 1989.

П р я ш н и к о в В.А. Электроника: Курс лекций. Санкт-Петербург.:

Корона принт, 1998.

1 АНАЛОГОЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (АЦП)
АЦП – устройства, преобразующие аналоговый сигнал (напряжение) в соответствующий ему код (двоичный, десятичный и т.д.).

Методы преобразования:

1) последовательный счет (динамическая компенсация);

2) слежение;

3) поразрядное уравновешивание (весовой метод);

4) параллельное преобразование;

5) интегрирование.
11.1 АЦП последовательного счета

Структура такого АЦП показана на рис.10-4.

Рис.11-1 АЦП последовательного счета
На выходе счетчика появляется нарастающий код, который ЦАПом преобразуется в нарастающее напряжение Uцап. В тот момент, когда Uцап = Uвх, компаратор выдает сигнал равный "1", по которому полученный код записывается в регистр, и (с некоторой задержкой) сбрасывается счетчик. Процесс повторяется непрерывно.

Рис.11-2 Процесс преобразования в АЦП
Недостаток: время преобразования пропорционально величине сигнала Uвх, поэтому отслеживать можно только сравнительно медленные сигналы.

11.2 Следяший АЦП
В нем применяется реверсивный счетчик, переключаемый сигналом с выхода компаратора. Поэтому АЦП отслеживает изменения напряжения на входе не начиная цикл с начала.

Рис.11-3 Работа следящего АЦП
11.3 АЦП поразрядного уравновешивания
Уравновешивание начинается со старшего разряда кода на выходе АЦП; в нем устанавливается "1" и оценивается знак разности преобразуемого сигнала и уравновешивающего сигнала, формируемого в ЦАП. Если Uцап < Uвх, то "1" сохраняется, если Uцап > Uвх, то "1" сбрасывается. Затем аналогично проверяются все остальные разряды. Уравновешивание происходит за n шагов при n разрядах.
11.4. АЦП параллельного преобразования
Это самый быстрый метод: преобразование выполняется за 1 шаг.

Для построения n–разрядного АЦП параллельного преобразования требуется 2n-1 компараторов. На рис.11-4 приведена структурная схемя простейшего трехразрядного АЦП, поясняющая принцип работы. Здесь n = 3, поэтому требуется 23-1 = 7 компараторов.

Рис.11-4 Трехраэрядный АЦП поразрядного уравновешивания

В делителе верхний и нижний резисторы вдвое меньшей величины, это обеспечивает напряжение на прямых входах компаратора х+0,5В. Благодаря этому АЦП выдает напряжения с учетом правила округления (0B < Uвх <0,5B → 0B; 0,5B < Uвх < 1,5B → 1B и т.д.). Дешифратор преобразует код, поступающий с компараторов в двоичный код (таблица 12).

Таблица 12 Преобразования выполняемые дешифратором
К7 К6 К5 К4 К3 К2 К1 D2 D1 D0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0 0 1

0 0 0 0 0 1 1 0 1 0

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1
Параметры АЦП К1107ПВ1 (2):

ПВ1 – 6 разрядов, 63 – компаратора, tпр = 0,1 мкс.

ПВ2 – 8 разрядов, 255 – компараторов.
11.5 Интегрирующие АЦП
Они работают медленнее других АЦП, но обладают высокой помехоустойчивостью. Используются в системах выполняющих до нескольких тысяч измерений в секунду.
11.5.1 АЦП однократного интегрирования

Рис.11-5 АЦП однократного интегрирования
Алгоритм работы

На входы компаратора поступает напряжение Uвх, которое нужно преобразовать в код и напряжение от генератора линейно нарастающего напряжения Uлин. Пока Uлин < Uвх, К = 1 – идет счет импульсов. В момент времени t = t0, когда Uлин = Uвх, К = 0 – счет прекращается. Результат счета пропорционален Uвх. ГЛИН обычно строится на основе ОУ (рис.11-5). Счётчик считает импульсы ГТИ (рис.11-6) в интервале времени 0 – t0. Количество импульсов пропорционально Uвх.

Недостаток: на точность преобразования очень сильно влияет нелинейность ГЛИН.

Рис.11-6 ГЛИН-интегратор на ОУ

11.5.2 Метод двойного интегрирования

Рис.11-7 Диаграмма работы АЦП двойного интегрирования
На вход АЦП подается преобразуемое напряжение, и интегрирование производится всегда в течении одинаковых интервалов времени 0 - t1. В момент t1 ко входу интегратора прикладывается всегда одинаковое напряжение обратного знака -Uопорное. Происходит "разинтегрирование" до момента времени t2 (или t3), когда напряжение на выходе интегратора станет равным 0.

Тогда интервал времени t2 – t1 (или t3 – t1) отображает во временном масштабе Uвх. Если в течении этого интервала считать импульсы от генератора, то количество импульсов пропорционально Uвх, то есть напряжение превращено в код.

Достоинства: тактовая частота и постоянная времени ГЛИН не влияют на точность. Важно лишь, чтобы ƒТ = const в интервале времени 0 - t. Достижимая погрешность d = 0,01%.

Пример интегрирующего АЦП микросхема КР572ПВ2:

tинт = 103Т, ƒТ = 10 - 50 кГц, tинт = от 0,02с до 0,1с.

Если ƒТ = ƒпомех/n, то АЦП нечувствителен к этой помехе. Цепь интегрирования в интеграторе – навесная: С = 0,1мкФ, R1 = 47кОм (Uвх = ±0,2B), если R1 = 470кОм (Uвх = ±2В).

Линейность напряжения интегратора очень зависит от качества конденсатора С. Если применен керамический конденсатор, то d = 0,1%; полистироловый – 0,01%; полипропиленовый – 0,001%.