Анализ и исследование схем преобразователей напряжение-частота
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?ема преобразователя напряжение-частота.
3.3 Расчет принципиальной схемы преобразователя напряжение-частота
Для того чтобы времена нарастания и спада напряжения на выходе интегратора были равны между собой, необходимо выполнение условия . Однако в этом выражении не учтено отличное от нуля значение времени задержки включения транзистора VT1, которое, может существенно нарушить симметрию выходных импульсов верхнего предела рабочего диапазона частот преобразователя (в данном случае 100 кГц). Кроме того, на таких частотах время задержки значительно ухудшит линейность преобразования.
Для компенсации влияния транзистора VT1 на линейность передаточной характеристики в схеме использована фазосдвигающая цепь R12C2R13, включенная между интегратором и компаратором напряжения. На низких частотах (при малых входных напряжениях) влиянием конденсатора С2 на выходной сигнал можно пренебречь, и фазосдвигающая цепь работает как обычный резисторный делитель. С повышением рабочей частоты сопротивление конденсатора уменьшается, и большая часть выходного напряжения интегратора поступает на вход компаратора, вызывая тем самым более раннее переключение последнего. При соответствующем выборе номиналов этой цепи задержка включения транзистора VT1 может быть полностью скомпенсирована. Использование транзистора Q1 в инверсном режиме также способствует повышению качества преобразования, поскольку при таком включении уменьшается падение напряжения коллектор-эмиттер транзистора в насыщенном состоянии.
Предложенная схема имеет хорошие температурные характеристики, так как положительный температурный коэффициент по напряжению стабилитронов компенсирует отрицательный коэффициент прямо смещенных р-n-переходов транзистора. При изменении входного напряжения от 0 до 9.75 В частота выходных импульсов изменяется от 0 до 50 кГц (линейность в пределах 0,1 %).
Коэффициент преобразования "напряжения - частота" равен 5.1 кГц/В. Для того чтобы на выходе ПНЧ получить импульсы частотой от 5кГц до 50кГц на вход ПНЧ необходимо подать управляющее напряжение U упр от 0.98 В до 9.8 В.
Следует отметить, что для достижения такой линейности необходимо, чтобы внутреннее сопротивление источника сигнала оставалось достаточно малым по сравнению с сопротивлениями R8 и R10 во всем диапазоне частот (0-50 кГц). Высокая точность и большой динамический диапазон рабочих частот схемы позволяют выполнять с ее помощью высококачественные аналого-цифровые преобразования и строить на ее основе прецизионные управляемые напряжением генераторы пилообразных колебаний.
Рис. 2.4. Схема ПНЧ с выбранными и рассчитанными элементами
Для согласования уровней входного напряжения Uвх с ПНЧ требуется формирователь управляющего напряжения Uупр.
Формирователь импульсов служит для получения сигнала с заданной длительностью tи=10 мкс=const.
Усилитель выходного сигнала служит для согласования выхода формирователя импульсов с нагрузкой.
3.4 Моделирование в среде MicroCAP-9
Узлы ЧИМ, представленные на функциональной схеме, объединим в принципиальную схему, представленную на рисунке 2.5. При моделировании принципиальной схемы с помощью MicroCAP-9 использованы аналоговые модели пассивных и активных компонентов, источников сигналов. ОУ в принципиальной схеме представлены моделями 3-ого уровня (Level 3), которые характеризуются ограничение скорости наростания и спада, ограничением коэффициента передачи на постоянном и переменном токе, фазовыми сдвигами, ограниченной полосой пропускания. Данные характеристики ОУ привели к соответствующим искажениям импульсного сигнала, а именно, увеличение длительности переднего и заднего фронта импульсов. В связи с этим для получения заданных параметров выходного сигнала при моделировании схемы ЧИМ была произведена корректировка некоторых пассивных элементов.
Рис 2.5. Принципиальная схема ЧИМ
С помощью режима анализа Transient (Alt+1) рассмотрим переходные процессы.
Для наглядности и анализа работы отдельных узлов ЧИМ и устройства в целом выбраны следующие контрольные точки: вход ЧИМ (рис. 2.7), выход ограничителя (2.8), выход, выход схемы сдвига (рис. 2.9), выход интегратора (рис. 2.10), выход компаратора (рис. 2.11), выход ждущего мультивибратора (рис. 2.12), выход ЧИМ (рис. 2.13)
Таблица задания параметров моделирования приведена на рис. 2.6.
Рис. 2.6 Таблица задания параметров моделирования
Рис. 2.7. Сигнал на входе ЧИМ
Рис.2.8. Сигнал на выходе ограничителя
Рис. 2.9. Сигнал на выходе схемы сдвига
Рис. 2.10. Сигнал на выходе интегратора
Рис. 2.11. Сигнал на выходе компаратора
Рис. 2.12. Сигнал на выходе ждущего мультивибратора
Рис. 2.13. Сигнал на выходе ЧИМ
Проведем температурный анализ для температур 27C, 100C. Для этого заменим идеализированные элементы ПНЧ-блока на приближенные реальным.
Рис. 2.14. Сигнал на выходе ПНЧ для 27C, 100C
Как видно из рис. 2.14 предложенная схема имеет хорошие температурные характеристики, так как положительный температурный коэффициент по напряжению стабилитронов компенсирует отрицательный коэффициент прямо-смещенных p-n - переходов транзистора.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенной работы были рассмотрены различные схемы преобразования напряж?/p>