October 18 2017 02:55:59
Навигация
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
Принципы построения преобразователей
ЭЛЕКТРОНИКА- курс лекций

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 для системы цифровой обработки информации в целом является предварительное преобразо-вание 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.5.5).










Рис. 5.5. Классификация аналоговых преобразователей

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 (105…108); высоким входным сопротивлением (10 4…10 9 ) Ом; малым выходным сопротивлением 10…103 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.

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. Линейный режим, например, инвертора КМОП несложно обеспечить включением резистора между входом и выходом, а согласование уровня сигналов выбором необходимого напряжения электропитания (рис.5.6,а).

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.5.6.б). Такой способ получения усилителей на базе ЛЭ дает невысокие метрологические параметры и применя-ются только во вспомогательных устройствах с достаточно низкой стабильностью работы.


Рис. 5.6. КМОП инвертор (а) и каскадное соединение (б)

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 ОУ с некоторыми пассивными компонентами.

Использование во входных дифференциальных каскадах ОУ полевых транзисторов позволило уменьшить номиналы конденсаторов и изготовление высокоомных поликремниевых резисторов в полупроводниковой технологии позволили реализовать аналоговые преобразователи полностью в виде полупроводниковой ИМС.

Особенности реализации компонентов методами интегральной полупроводниковой технологии стимулировали создание новых схемотехнических решений. Сложности изготовления индуктивных катушек привели к построению преобразователей на основе активных RC цепей с имитацией индуктивности схемными методами. Невысокая точность и стабильность параметров полупроводниковых резисторов в совокупности с большой занимаемой площадью способствовали созданию нового направления разработки схем преобразователей на основе коммутируемых конденсаторов, которые содержат ОУ, переключатели и конденсаторы небольшой емкости. Элементы полностью изготовлены с использованием полупроводниковой МДП технологии, что упростило технологический цикл, уменьшило габариты и повысило надежность устройств.

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: 0.02 секунд 2,254,974 уникальных посетителей