Источник опорного напряжения

Источники опорных напряжений широко используют для построения шкалы цифровой системы преобразования, а также для формирования пороговых уровней в схемах автоматического выбора пределов измерения и сравнивающих устройствах. Они определяют значение шага квантования h и погрешность преобразования измерительного устройства в целом, поэтому к ИОН предъявляются весьма жёсткие требования по точности начальной установки значения Uоп, по временной и температурной стабильности, по уровню собственных шумов.

Так как в данной работе верхний предел диапазона измеряемого напряжения составляет 5,12 В, необходимо выбрать ИОН, опорное напряжение которого будет составлять также не менее 5,12 В. Таким образом, выберем прецизионный ИОН, выпускаемый фирмой «Analog Devices» AD688BQ, отвечающий следующим требованиям:

- на выходе выдаёт опорное напряжение Uоп=10±0,002В;

- имеет высокую точность начальной установки номинального значения выходного напряжения 1,5мВ;

- температурный дрейф значения Uоп не превышает 1,5*10-6 1/°C;

- номинальное значение максимального выходного тока составляет 9-12мА;

- изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки в рабочем диапазоне допустимых значений этого тока составляет ±50 мкВ/мА;

- диапазон рабочих температур: -40 - +85 °C;

- уровень шумов выходного опорного напряжения в полосе частот 6 мкВ;

- временной дрейф значения опорного напряжения 15мкВ/1000ч.

Коденсаторы C5, C6 необходимы для стабилизации питающего напряжения и их номиналы, согласно документации на ИОН, должны составлять 0,1 мкФ. Выберем по справочнику [3] конденсаторы с органическим диэлектриком К71-7-63В-0,1мкФ±10 % из ряда Е24.

Для обеспечения опорных напряжений для сторожевых компараторов, используемых в схеме автоматического выбора пределов измерения, на выход ИОН необходимо установить 3 делителя напряжения, выходными опорными напряжениями с которых должны быть напряжения 5,12 В, 3В и 1В.

 

к САВПИ

к САВПИ

к САВПИ

Рисунок 3.5 – ИОН с делителями напряжения

Составим необходимые соотношения и вычислим номиналы сопротивлений резисторов.

Для предела 5,12 В:

5,12/10=(R19+R20+R21)/(R18+R19+R20+R21)

Для предела 3 В:

3/10=(R20+R21)/(R18+R19+R20+R21)

Для предела 1В:

1/10=R21/(R18+R19+R20+R21)

Тогда, приняв R21=4,02 кОм:

R20=2*R21=2*4,02=8,04 кОм,

R19=2,12*R21=2,12*4,02=8,52 кОм,

R18=4,88*R21=4,88*4,02=19,62 кОм.

Так как значения Uоп с выходов делителей должны обладать высокой устойчивостью и стабильностью, необходимо выбрать прецизионные резисторы с малым допуском и согласованным ТКС.

Выберем из справочника [3] номиналы резисторов и конденсаторов:

C5, C6: К71-7-63В-0,1мкФ±10 % (ряд Е24)

R18: C2-29В-0,25 Вт-19,6 кОм±0,5 %-А-Д-Д (ряд E192)

R19: C2-29В-0,25 Вт-8,56 кОм±0,5 %-А-Д-Д (ряд E192)

R20: C2-29В-0,25 Вт-8,06 кОм±0,5 %-А-Д-Д (ряд E192)

R21: C2-29В-0,25 Вт-4,02 кОм±0,5 %-А-Д-Д (ряд E192).

 

Пиковый детектор

Пиковые детекторы используются в ЦИУ в качестве преобразователей амплитудных значений входных сигналов, а именно для фиксации амплитудного значения входного сигнала на относительно небольшой интервал времени (порядка 10 нс у цифровых осциллографов с полосой до 1 ГГц и до 10 мкс и более у цифровых устройств общего применения). Чаще всего пиковые детекторы используют в схемах автоматического выбора пределов измерения, где они играют роль аналоговых запоминающих устройств с малой постоянной времени.

В данной работе используется активный ПАЗ, так как использование выпрямительных элементов в сочетании с ОУ К140УД26А позволяет существенно снизить порог чувствительности ПАЗ (на один-два порядка по сравнению с пассивными ПАЗ), уменьшить влияние нелинейности и нестабильности характеристик выпрямительных элементов.

Выбор значения постоянной времени пикового детектора осуществляем согласно эмпирической формуле:

τ=1⁄(3*f_верх)=1/(3*1,4*10⁵)=7143 нс.

Uвых

Uвх

Рисунок 3.6 – Преобразователь амплитудных значений

В качестве диодов VD1 и VD2 выбираем импульсные высокочастотные диоды типа КД522А, имеющие малые обратные токи утечки. Выбираем типовое значение емкости С4=100 пФ, тогда сопротивление резистора R17 составит:

R17= τ/C4=7,143*10^-6/10^-10=7,143*10⁴ Ом

Резистор R16 является токоограничивающим, номинал его сопротивления равен 2 кОм. В качестве накопительного конденсатора используем полистирольный конденсатор К71, имеющий близкий к нулю ТКЕ. В качестве сопротивлений использованы высокочастотные металлодиэлектрические резисторы C2-29В, характеризующиеся высокой стабильностью и сравнительно небольшим значением ТКС.

Выбираем по справочнику [3] номиналы резисторов и конденсатора:

R16: C2-29-0,25 Вт-2 кОм±0,5 %-А-Д-Д (ряд E192)

R17: C2-29-0,25 Вт-71,5 кОм±0,5 %-А-Д-Д (ряд E192)

C4: К71-7-63 В-100 пФ±2 % (ряд E24)

Диоды VD1, VD2: КД522А.