Рисунок 1. Принципиальная схема АЦП параллельного преобразования на дискретных элементах

Принцип работы АЦП параллельного преобразования, как следует из названия, состоит в том, что в схеме измеряемое напряжение подаётся со входа одновременно на много отдельных компараторов, благодаря чему АЦП переводит аналоговый сигнал в двоичный код чрезвычайно быстро в сравнении с другими вариантами реализации. Минусом же является большое число компараторов, равное числу дискретов (для примера на рисунке 1, как можно заметить, АЦП выдаёт на выходе трёхбитный код, т.е. 8 дискретных состояний. Число компараторов тоже равно 8. Это делает создание таких АЦП из отдельных микросхем нерентабельным из-за огромного количества компараторов, но данный недостаток не так сильно проявляет себя, если компараторы формируются на кристалле непосредственно внутри микросхемы АЦП).

Рассмотрим же подробно работу схемы на рисунке 1, начав с компонентов. В роли компараторов могут быть применены многие микросхемы для широкого спектра применения. Конкретно на схеме указаны компараторы в одиночном исполнении (внутри одного корпуса один компаратор), но вместо них можно поставить и счетверённые, ради экономии места. Например, применив микросхему К1401СА1, содержащую в себе 4 компаратора, можно обойтись всего двумя такими микросхемами.

Резисторы R1-R9 следует брать прецизионные, или хотя бы довольно точные, однопроцентные лучше, так как от их номинала непосредственно зависит работа схемы.

Микросхема 74LS148 является приоритетным шифратором, преобразующим параллельный восьмибитный код в трёхбитный двоичный. При этом следует обратить внимание на кружки, которыми промаркированы её выводы. Они означают. что входы и выходы микросхемы инвертированы, а значит для использования в дальнейшем данный, получаемых с неё (выводы D0, D1, D2) их следует подать на инверторы. Для входов же вместо дополнительных инверторов инвертировали саму схему включения компараторов – измеряемое напряжение подаётся на отрицательный вход, а уровни напряжений с резистивного делителя – на положительный. Тем самым реализуется инверсия, а вместе с инвертирующими входами микросхемы- шифратора схема работает так, как и должна. Слово приоритетный в названии шифратора означает следующее – как известно, при работе каскада компараторов почти всегда нули будут на выходах многих из них

---

, так как при увеличении напряжения компараторы срабатывают последовательно. А значит, требуется такой шифратор, который, в случае подачи на его вход нескольких нулей выдаст на выход код самого старшего, а остальные проигнорирует. Именно так и работают приоритетные шифраторы.

В целом же схема работает очень просто: опорное напряжение, равное 10 В, делится одинаковыми резисторами, и отдельные уровни напряжения подаются на входы + компараторов. таким образом, каждый из компараторов будет выдавать 0, если напряжение на входе - больше напряжения на входе +, и наоборот. Входы - компараторов соединены вместе и подключены ко входу схемы. При подаче на вход напряжения, часть компараторов, для которых входное напряжение оказалось больше напряжения на входе +, выдаст 0, остальные выдадут 1. Полученный параллельный код поступит на шифратор, который преобразует его в двоичный трёхбитный инвертированный код, который и является результатом работы АЦП.

2. Расчёт тактового генератора для АЦП
В качестве генератора тактовых импульсов используем генератор на триггере Шмидта.


Рисунок 2. Принципиальная схема генератора тактовых импульсов

Удобно использовать микросхему CD40106, содержащую 6 триггеров Шмидта с инверсией. Принцип действия такой схемы очень прост: в исходном состоянии конденсатор разряжен, на выходе первого триггера Шмидта лог. 1. Ток течёт через резистор R с выхода триггера на конденсатор, и тем самым заряжает его. Как только конденсатор зарядится до определённого напряжения, триггер переключится и на его выходе будет 0. Конденсатор начнёт разряжаться через резистор. Этот цикл будет повторяться пока есть питание. Второй триггер служит в качестве усилителя выходного сигнала.
Параметры ГТИ:

Частота 80 КГц

Скважность 2

Длительность фронтов, МКС не более 0,1

Амплитуда 5 В

Найти рабочую частоту генератора можно по формуле:


Для заданной частоты 80 КГц возьмём конденсатор ёмкостью 10 нФ. Тогда требуемый резистор будет:





Рисунок 3. Схема ГТИ в программе Multisim

---

Рисунок 4. Осциллограмма работы ГТИ

3. Расчёт преобразователя уровней

По заданию преобразователь уровня требуется для согласования микросхем серии К1533 ( ТТЛ) с К176 (КМОП). Рассмотрим поподробнее микросхемы этих серий:

1. Микросхема К1533ЛА1

Представляет собой 2 логических элемента 4И-НЕ, содержит 56 интегральных элементов и построена по технологии ТТЛШ.



Рисунок 5. Номера выводов К1533ЛА1 и её параметры

2. Микросхема К176ИЕ4;

Представляет собой десятичный счётчик с дешифратором, преобразующим данные в код для семисегментного индикатора. Таким образом на этой микросхеме удобно разрабатывать счётчики импульсов, частотомеры, часы и прочие подобные устройства. Имеет почти полный аналог – К176ИЕ3, она отличается только тем, что считает не от 0 до 9 а от 0 до 5, применяется в электронных часах. Построена по КМОП технологии.





Рисунок 6. Параметры микросхемы К176ИЕ4

Для использования в преобразователе  уровня выберем популярный отечественный биполярный транзистор КТ315Б. 



Рисунок 7. Транзистор типа КТ315.



Рисунок 8. Параметры транзистора.

Расчёт ПУ в заданном температурном диапазоне:



где Е = 9 В – 9В*55% = 8.55 В – минимальное напряжение питания при допуске 5%

U’КМДП = U’ВЫХ КМДП = 8.2 В – уровень логической «1» на выходе элемента К1533ТМ.

n = 2 – нагрузочная способность

- максимальные значения входного тока элемента К1533ТМ.

И обратного тока коллектора транзистора КТ315, которые достигаются при максимальной температуре Т_мах = 70ºС

Выбор номинала резистора R_к.

---

Напряжение питания преобразователя уровней выбрано равным напряжению питания логического элемента К176ИЕ4

E = 12В ± 5%

– минимальное напряжение при допуске в 5%

– максимальное напряжение при допуске в 5%

Если В, то транзистор находится в отсечке, т.к.

Первое ограничение сверху, накладываемое на R_к:



- максимальное значение входного тока ТТЛ-элемента и обратного тока коллектора транзистора VT, которые достигаются при максимальной температуре Т_макс= +70С заданного температурного диапазона работы ПУ.

Рассчитаем максимальные значения токов при максимальной температуре:





Вычислим первое ограничение сверху, подставив полученные значения в неравенство:



Второе ограничение, накладываемое на R_к, определяется в зависимости от заданной частоты.

Если частота переключения не задана, то спроектировать ПУ нужно так, чтобы он не ухудшал быстродействия цифрового устройства, в котором он используется.

Второе ограничение, накладываемое на R_к, определяется в зависимости от заданной частоты.



Если задана частота, то:



Емкость нагрузки , тем самым имеем



Ток, протекающий через коллектор насыщенного транзистора VT, должен быть меньше предельного. Используя формулу ограничения, накладываемого на R_к максимальным током коллектора используемого биполярного транзистора, получаем:

---

Получаем ограничения, накладываемые на R_к:







Выберем резистор, соответствующий этим условиям:



Далее при расчетах





Максимальная мощность, рассеиваемая на резисторе Rк при насыщении транзистора VT



Выбираем R_к на максимальную мощность 0,075 Вт,

Выбор номинала резистора R_б

Из условия, что ток I_б не должен превышать максимально допустимый ток I_1вых, получаем первое ограничение снизу на величину Rб:



Из условия ограничения предельного базового тока получим второе ограничение на величину R_б:



Для определения ограничения сверху на величину R_б потребуем, чтобы при минимальном значении тока для выбранного транзистора VT обеспечивалась бы степень насыщения S.



Тем самым имеем:







Выберем резистор согласно этому диапазону:

R_б = 47 000 ом ± 5%

Расчет мощности, потребляемой преобразователем уровней от источника питания:





Для снятия характеристик ПУ и проверки его работы была выполнена симуляция схемы в Мультисиме. Так как транзистора КТ315Б нет в библиотеке Мультисима, то для проверки работоспособности ПУ был использован его аналог – 2N3394.



Рисунок 9. Схема ПУ на транзисторе

---

Смотрите также файлы

• Посылюжная Кристина Игоревна Задания Заполните таблицу Техники в рамках когнитивнобихевиорального подхода.docx

• А. В. Зырянова Из представленных ниже вариантов, выберите те возможности, которые дают обновлённые фгос ноо и ооо.docx

• Обязательное участие выборного органа первичной профсоюзной организации в рассмотрении вопросов, связанных с расторжением трудового договора по инициативе работодателя.docx

• Цель работы Изучить права и обязанности, чтобы в будущем не нарушать права друг друга Задачи проекта.docx

• Культура, ее место и роль в жизни и деятельности человека cро 1 Кайыпберген Акнур рдигб 2222.pptx