Файл: Клебанский Р.Б. Преобразователи кода в напряжение.pdf

зуются два сопротивления, которые, с одной стороны, подключены к матрице, а с другой — одно сопротивле­ ние 2R соединено с транзистором, подключенным к источнику эталонного напряжения, а второе сопротивле­ ние 2R соединено с транзистором, подключенным к «земле». Итак, когда отперт транзистор Ти разрядный элемент участвует в создании выходного напряжения ПКН; сопротивление 2R отключено от «земли» транзи­ стором Т2. Когда же Ті заперт, сопротивление 2R под­ ключено к «земле» п данный разряд в создании выход­ ного напряжения не участвует. Выпускаемые отечест­ венной промышленностью транзисторы обеспечивают низкое значение /,;о, что позволяет выполнять ПКН сдан­ ными разрядными элементами, не нарушая точностных характеристик. Преимуществом дайной схемы является и то, что ввиду подключения в каждом разряде к источ­ нику эталонного напряжения и к «земле» не одного и того же сопротивления 2R (в зависимости от кода), а двух разных сопротивлений 2R(2Ri и 2R2) имеется воз­ можность подстраивать по выходному напряжению зна­ чения напряжений, создаваемых отдельными разрядами ПКН путем изменения сопротивлений 2R, подключенных к источнику эталонного напряжения.

Г л а в а п я т а я

ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ КОДА В НАПРЯЖЕНИЕ И МЕТОДЫ ИХ НАСТРОЙКИ И ИСПЫТАНИЯ

Ниже рассматривается несколько схем ПКН, построенных со стабилизацией напряжения и со стабилизаторами тока.

На рис. 5-1 представлена схема восьмиразрядного ПКН со ста­ билизацией напряжения, построенная на матрице со «взвешенными» сопротивлениями, где R i = R 2 " - * . Величина J? = 0,5 ком. Сопротивле­ ния матрицы выполнены из манганинового провода ПЭШОММ-0,1 млі с точностью до ± 0 ,1 % . Эталонное напряжение равно 6,3 в. Стабиль­ ность эталонного источника 0,1% . Переключатели, управляемые триггерами регистра, выполнены на транзисторах МП42Б.

В силу того, что отношение максимального то.ка, протекающего через разряды ПКН, к минимальному составляет значительную вели­ чину, переключатели рассчитываются на разные токи переключения. Следовательно, и управляются, они различными токами. В особенно тяжелых условиях находится переключатель старшего разряда, кото­ рый вносит значительную погрешность.

90

Ток управления переключателем старшего разряда составляет величину 5— 6 ма, н эта величина подбирается в процессе настройки преобразователя для обеспечения полной передачи эталонного на­

Для сохранения заданных характеристик необходимо, чтобы ве­ личина сопротивления нагрузки сохранялась в пределах 1,2 ком. При работе ПКИ в тяжелых температурных условиях сопротивления матрицы следует составлять из двух последовательно соединенных сопротивлений (см. § 3-3).

На р и с.,5.-2- показана схема со стабилизацией напряжения, по­ строенная на ступенчатой матрице R-2R.

В матрице использованы прецизионные сопротивления М ВСГЧ, точность которых лежит в пределах 0,05— 0,03% . Номиналы сопро­ тивлений равны 1 и 2 ком.

Триггеры регистра выполнены на элементах системы «Мир». Пе­ реключатели построены на транзисторах ПЗО. Они рассчитываются на равные токи переключения, при этом токи управления равны при­ мерно 3— 3,5 ма и устанавливаются при настройке преобразователя.

Для обеспечения таких токов управления в схеме используются блоки управления переключателями УПі— УПІ0, построенные на тран­ зисторах П605.

Точность данного преобразователя равна 0,1— 0,2% в диапазоне

стандартных рабочих температур. Диапазон выходного напряжения ПКН равен 0— 10 в. Время преобразования (2— 3 мксек) зависит

восновном от частотных характеристик транзисторов, используемых

впереключателях. Желательно, чтобы все транзисторы обладали идентичными частотными характеристиками.

Для устранения влияния сквозных токов через переключатели, нарушающих нормальное функционирование ПКН, в матрице исполь­ зованы два сопротивления 2R вместо одного в каждом разряде, разделяющие точку соединения транзисторов переключателя. Это позволяет также подстраивать значения составляющих разрядных напряжений по выходному напряжению ПКН.

На рис. 5Д показана функциональная схема ПКН со стабилиза­

торами тока на матрице R-2R. Принципиальная схема стабилизатора тока и диодных ключей приведена на рис. 5-4.

Источник постоянного смещения в стабилизаторе построен на кремниевом стабилитроне. В эмиттернуго цепь стабилизатора вклю­ чено переменное сопротивление, которым регулируется ток стабили­ затора, а следовательно, и выходное напряжение ПКН. Полярность выходного напряжения стабилизатора определяется типом проводи­ мости используемого транзистора. Сопротивления матрицы типа ПТММ подбираются с точностью 0,1% .' Управляющее напряжение подается на переключающий диод Д 2, причем -оно должно быть на 1— 2 в выше, чем напряжение, снимаемое с матрицы, для надежного запирания диода Д і-

Тип диодов Д I и Д г выбирается из'следующих соображений. Они должны обладать (минимальным временем восстановления, но изгиб вольт-амперной характеристики диода Ді должен начинаться рань­ ше, чем у Диода Д\. Это необходимо для того, чтобы падение на открытом диоде Д2 было меньше напряжения отпирания диода Ди

Рис. 5-1. Принципиальная схема ПКН со стабилизацией напряжения

на матрице со «взвешенными» сопротивлениями резисторов.

что обеспечивает надежное запирание последнего и сводит к нулю остаточное напряжение на матрице. Этому условию, например, удовлетворяет пара Д\—Д220; Д 2—Д20.

стабилизаторах (рис. 5-4) позволяет преобразовывать код с частотой до 5 Мгц при ІЛых.макс До 8 в с точностью 0,4—0,5% .

На рис. 5-5 показана схема стабилизатора тока, используемого в ПКН для получения более высокой точности и стабильности пре­ образования.

Последовательное включение транзисторов с раздельными источ­ никами опорного напряжения смещения позволяет получить более высокую степень стабилизации тока как при изменении температуры, так и в момент скачкообразных колебаний нагрузки при переключе­ ниях с матрицы на переключающий диод. Эта схема обеспечивает точность 0,2—0,3% при той же частоте преобразования.

На рис. 5-6 показана схема преобразователя со стабилизатора­ ми тока на матрице R-2R более высокой точности. Матрица выпол­ нена на сопротивлениях М ВСГЧ. Величины всех сопротивлений для удобства подбора равны 3 ком. Ключи собраны на диодах Д220.

Диапазон выходного напряжения 0— 10 в. Преобразователь обеспечивает преобразование 10-разрядного двоичного кода с точ­ ностью-..0,05— 0Л % . Время преобразования около I мксек. —

При примерном расчете ПКН и последующей его настройке не­ обходимо задаться следующими параметрами:

максимальным выходным напряжением; минимальным выходным сопротивлением матрицы;

максимальной частотой преобразования; допустимой относительной погрешностью преобразования.

При расчете ПКН со стабилизацией напряжения встает вопрос об оптимальном выборе выходного сопротивления матрицы, а следо­ вательно, величин сопротивления матрицы и переключателей.

Приходится выбирать компромиссное решение, поскольку для получения малой погрешности величины сопротивлений должны быть большими, однако это снижает быстродействие и повышает выход­ ное сопротивление ПКН. Уменьшение же величии сопротивлений

Преобразуемый код

Рис. 5-3. Функциональная схема ПКН со стабилизацией тока на матрице R-2R.

матрицы приводит к росту значений токов через транзисторные пере­ ключатели, что вызывает значительную погрешность переключателей. Параметры ПКН на матрице R-2R определяются исходя из заданных условий по формуле (1-6).

Настройка ПКН производится с помощью высокоомного потен­ циометра постоянного тока (например, Р307, в качестве уравнове­ шивающего прибора можно использовать гальванометр М-95) либо микровольтметра (например, В2-11).

Считая, что сопротивления матрицы и транзисторы переключате­ ля отобраны (/*o=SH мка) и эталонное напряжение с заданной точ­ ностью поступает иа ПКН, на вход ПКН подается вначале код, рав­ ный нулю ( Я = 0 ) .

На выходе ПКН должны получить нулевое напряжение. Если оно отлично от нуля и выходит за пределы допустимой погрешности, проверяются транзисторы переключателя, подключающие сопротивле­ ния матрицы «к земле». Поочередно в каждом разряде закооачн-

94

мается этот транзистор «к зеМле» и определяется транзистор, кото­ рый вносит эту погрешность. Регулировкой управляющего тока данного транзистора добиваются получения на выходе ПКН нулево­ го напряжения. Затем проверяется напряжение, создаваемое отдель­

ся прибегать к компромиссному решению в выборе /ст и R матри­ цы. При выборе R и С/макс однозначно находится / стПри этом следует учитывать (Л . 55], что 'относительный коэффициент стабили­ зации стабилизатора находится в обратной зависимости от тока коллектора

и чем меньше / Ст, тем большая точность обеспечивается ПКН со стабилизаторами тока.

Для обеспечения максимального быстродействия ПКН исполь­ зуются транзисторы с максимальной граничной частотой, а также импульсные диоды с минимальным временем восстановления.

Как указывалось выше, для надежного переключения тока с матрицы на переключающий диод Ді (см. рис. 5-4) его прямое со­ противление должно быть меньше прямого сопротивления управ­ ляемого диода Ді (рис. 5-4), т. е. изгиб его вольт-амперной харак­ теристики должен начинаться раньше, чем у управляемого диода.

Настройка ПКН со стабилизаторами тока в статическом режиме проста. С помощью переменных сопротивлений в цепях эмиттеров стабилизаторов устанавливается ток каждого стабилизатора

95

в отдельности по миллиамперметру, включаемому в разрыв коллек­ торной цепи. Далее, подключив все стабилизаторы к соответствую­ щим узлам и устанавливая код, коммутированием' соот­ ветствующих переключаю­ щих диодов «к земле» убе­ ждаются ів том, что выход­

ное напряжение ПКН

новкой одинаковых напряжений в узлах матрицы по вышеуказанной методике. Однако зачастую в практике, избегая подбора сопротив­ лений матрицы, используют возможность регулировкой тока отдель-

96