October 16 2017 22:53:33
Навигация
Бесконтактные уровнемеры Лимако по низким ценам и доставкой по России.
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СИГНАЛОВ
АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СИГНАЛОВ

11.1. Принципы построения преобразователей.

В настоящее время не вызывают сомнений достижения и успехи дискретного управления и цифровой обработки сигналов. Вместе с тем, подавляющее большинство физических процессов по своей природе характеризуется непрерывной зависимостью от времени. Обязательным условием обеспечения высоких метрологических параметров системы цифровой обработки информации в целом является предварительное преобразование сигналов непосредственно в аналоговой форме. Это требование связано в первую очередь с необходимостью усиления сигналов низкого уровня с датчиков и согласования уровней для обеспечения работы блоков аналого-цифрового преобразования, ограничения спектра сигнала (фильтрация) с целью уменьшения искажений при дискретизации.

Одной из важных и весьма сложных проблем аналоговой обработки сигналов является достижение высокой чувствительности преобразователей в заданной полосе частот при большом динамическом диапазоне изменения амплитуды сигнала. С этой целью применяют каскадное соединение ряда преобразователей, каждый из которых выполняет определенную функциональную операцию (усиление, согласование, фильтрацию, модуляцию, детектирование, сглаживание).

В зависимости от функционального назначения устройства и узлы аналоговой обработки сигналов имеют различную структуру и уровень сложности, используют разнообразную элементную базу (рис.11.1).








Рис.11.1. Классификация аналоговых преобразователей

На начальных этапах развития электроники применяли преимущественно пассивные преобразователи, построенные на базе R, C, L, M элементов и диодов. Они составляли большую часть формирователей сигналов, частотных фильтров, регуляторов. Основным недостатком пассивных преобразователей является сложность получения заданных параметров, которые зависят как от характеристик входящих в устройство элементов, так и от взаимовлияния блоков при их соединении. Это может приводить к изменению характеристик в различных режимах работы, и, кроме того, существенно затрудняет проектирование. На начальных этапах развития электроники проблему развязки каскадов (уменьшения взаимовлияния) в преобразователях решали за счет использования буферных усилительных каскадов, включенных на входах или выходах отдельных блоков.

Собственные параметры усилительных каскадов существенно зависят от дестабилизирующих факторов (температуры, влажности). Эффективным способом повышения стабильности характеристик преобразователей с полупроводниковыми усилителями служит введение цепей отрицательной обратной связи (ООС), содержащих пассивные компоненты со слабой зависимостью от дестабилизирующих факторов. Исходные усилители, на базе которых строится преобразователь с ООС, должны обладать запасом значений параметров, подлежащих улучшению. Универсальным усилительным устройством, на основе которых можно построить практически любой преобразователь, служит операционный усилитель, обладающий избыточностью значений большинства параметров: большим коэффициентом усиления напряжения (10 5 … 10 8 ); высоким входным сопротивлением (10 4…10 9 ) Ом; малым выходным сопротивлением 10…10 3 Ом; большим динамическим диапазоном 80…120 дБ; широкой полосой частот усиливаемых сигналов от fн = 0 до fв = 10 МГц. При глубокой ООС параметры преобразователя на основе ОУ могут определяться высокостабильными параметрами пассивных компонентов.

Преимущественное применение интегральных микросхем в системах обработки информации привело к необходимости решения проблемы совместимости в едином устройстве цифровых и аналоговых блоков, которые не должны слишком отличаться по степени интеграции и набору выполняемых функций. Вместе с тем, миниатюризация аналоговых устройств ограничивалась технологическими возможностями изготовления элементов с требуемыми параметрами, и они имели более низкий уровень интеграции по сравнению с цифровыми приборами.

В ряде приложений с целью унификации применяемой элементной базы аналоговых устройств используются цифровые логические элементы (ЛЭ) в усилительном режиме. При этом необходимо обеспечить стабильное положение рабочей точки на линейном участке проходной характеристики ЛЭ. микросхемы, обладающие высоким входным сопротивлением и имеющие хорошую температурную стабильность параметров. Линейный режим, например, инвертора КМОП несложно обеспечить включением резистора между входом и выходом, а согласование уровня сигналов выбором необходимого напряжения электропитания (рис.11.2,а).



Рис.11.2. КМОП инвертор (а) и каскадное соединение (б)

Усилитель на основе КМОП инвертора имеет коэффициент усиления KU ≈ 20 при входном сопротивлении Rвх = R = 1…10 МОм. Для увеличения коэффициента передачи следует включить последовательно нечетное число инверторов (рис.11.2.б). Такой способ получения усилителей на базе ЛЭ дает невысокие метрологические параметры и применяются только во вспомогательных устройствах с достаточно низкой стабильностью работы.

Прецизионные блоки обработки информации строят на основе различных типов универсальных операционных усилителей с цепями обратной связи. При этом усилитель играет роль элемента, формирующего отдельный функциональный модуль, из которых составляют систему с заданными свойствами. Для снижения уровня помех и обеспечения высоких метрологических характеристик применяются симметричные схемы преобразователей с высокой степенью согласования одноименных параметров элементов, изготовленных в едином технологическом цикле. С этой целью на кристалле (в одном корпусе) размещаются два или четыре одинаковых

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.03 секунд 2,254,066 уникальных посетителей