Разработка преобразователя напряжение–частота - Курсовая работа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ФИЛИАЛ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ "МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)" в г.Современные схемы преобразователей на дискретных компонентах обеспечивают линейность преобразования от 0,1 до 0,001%. В полупроводниковых БИС преобразователей достигнута линейность 0,01%. Очень просто построить АЦП на базе преобразователя напряжение-частота, подключив к его выходу цифровой счетчик. Счетчик работает от внешнего тактового генератора и считает импульсы, поступающие на его вход в период между выходными импульсами преобразователя напряжение-частота. Содержимое счетчика преобразуется на его выходе в двоичный код.Так как частота генерируемого сигнала изменяется от 1КГЦ до 10КГЦ, то в качестве одного структурных узлов ПНЧ (мультивибратора) целесообразно использовать ИМС таймера 555 серии (отечественный аналог КР1006ВИ1), ставшей уже классической для подобного рода устройств. Для обеспечения точности преобразования необходимо использовать стабильный источник тока. Согласно техническому заданию, скважность выходного сигнала должна быть постоянной (Q = 2), поэтому еще одним узлом схемы будет являться синхронный D-триггер, используемый в качестве делителя частоты и обеспечивающий заданную скважность генерируемого сигнала. В ходе анализа учебной и научной литературы по теме «Преобразователь напряжение - частота» были отмечены основные способы построения данного типа схем, выявлены их достоинства и недостатки [5]. Операционный усилитель в данной схеме выполняет функцию компаратора, который сравнивает входной сигнал с напряжением UB на конденсаторе С.Рассмотрим более подробно основные функциональные узлы схемы: 1) Ограничитель напряжения на основе кремниевого стабилитрона Для того чтобы выходной сигнал имел двухстороннее ограничение 1 КГЦ<f<10 КГЦ используем простейший параметрический стабилизатор входного напряжения на основе кремниевого стабилитрона. Выходной ток пропорционален входному напряжению и управляет «токовым зеркалом». Управляющий ток подается с выхода преобразователя «напряжение - ток». Основная задача «токового зеркала» - обеспечить высокую степень постоянства выходного тока, который в свою очередь попадает в цепь времязадающего конденсатора, регулирующего частоту выходных импульсов.5) содержит в своем составе как аналоговые, так и цифровые компоненты, поэтому особое внимание уделялось совместной работе данных моделей в составе устройства (согласование по уровням напряжения) для обеспечения корректного преобразования входного напряжения в частоту выходных импульсов. Это связано с особенностями моделирования устройства, в практической же реализации большого принципиального значения они не имеют. На вход данного устройства поступает сигнал определенной амплитуды, причем если амплитуда входного сигнала находится вне диапазона от 0 до 10 В, то происходит ограничение входного сигнала на уровне граничных значений с помощью параметрического стабилизатора на стабилитроне. Далее сигнал поступает на вход операционного усилителя X2, который совместно с транзистором Q1 и резистором R1 образуют схему преобразователя «напряжение - ток». Этот ток вызывает падение напряжения коллектор-эмиттер транзистора Q2, так как транзисторы Q2 и Q3 одного типа, то и напряжение на коллекторе-эмиттере Q3 будет аналогичным, а, следовательно, будет совпадать и ток, протекающий через транзисторы Q3 и Q4.Как уже отмечалось, основная задача «токового зеркала» - обеспечить высокую степень постоянства выходного тока, который в свою очередь попадает в цепь времязадающего конденсатора, регулирующего частоту выходных импульсов (рис.4.1). Базовый ток транзистора Q4 вычитается, а базовый ток транзистора Q2 вновь добавляется к выходному току «токового зеркала» [11]. Согласно [4], при выходном токе IKQ4, который заряжает конденсатор C1, меньшим 5 МА достигается минимальная погрешность преобразования таймера 555, равная 0.1% при использовании внешних времязадающих электронных компонентов. Полагая, что напряжение на конденсаторе C1 в начальный момент времени равно нулю, а заряд заканчивается при , согласно внутренней структуре таймера 555 серии [1], получаем что Так как время заряда конденсатора C1 много больше времени его разряда, то можно считать, что данное выражение справедливо и для периода повторения выходного напряжения устройства. Кроме того, полная совместимость со SPICE-моделями и SPICE-схемами и развитые возможности конвертирования позволяют пользователю MICROCAP успешно применять все разработки, предназначенные для данных пакетов, а полученные навыки моделирования дадут возможность в случае необходимости гораздо быстрее осваивать профессиональные пакеты моделирования.В данном курсовом проекте был разработан преобразователь «напряжение - частота» согласно требованиям технического задания.

Содержание

Введение

1. Анализ технического задания

2. Обзор преобразователей напряжение - частота

3. Структурная схема ПНЧ

4. Принципиальная электрическая схема ПНЧ

5. Расчет основных функциональных узлов устройства

6. Краткое описание системы моделирования MICROCAP - 9

7. Результаты моделирования схемы в MICROCAP - 9

Заключение

Список использованных источников