4. Расчет погрешностей.

Погрешности в зависимости от возникновения разделяются на:

1. Методическая – происходят от несовершенства метода измерений.

2. Инструментальные - происходят от несовершенства средств измерений.

Погрешности средства измерения зависят от внешних условий (влияющих величин), поэтому их принято делить на основную и дополнительную. Основной погрешностью средства измерения называют погрешность в условиях , принятых за нормальные для данного средства. Дополнительные погрешности средства измерений возникают при отклонении влияющих величин от нормальных значений.

По зависимости от измеряемой величины погрешности средства измерений разделяют на аддитивные и мультипликативные.

Аддитивные (абсолютные) погрешности не зависят от измеряемой величины. Мультипликативные (абсолютные) погрешности измеряются пропорционально измеряемой величине.

Относительная основная погрешность [12]:

Рассчитаем погрешности каждого звена схемы в отдельности.

1. Погрешность повторителя складывается из [11]:

а) погрешности от разности входных токов i_вх:

б) напряжения смещения:

u_см = *100% = %

в )погрешность коэффициента усиления

ΔК = 1-0,999999=0,000001

Δ_К =ΔК/К*100% = 0,0001%.

3. Погрешность фнч.

ФНЧ 4-го порядка построен на основе 2-х инвертирующих усилителей [2], причем коэффициент усиления равен 1-го равен К1 = 0,4: второгоК2 = 1.

Погрешности ФНЧ [11]:

а)погрешность от разности входных токовi_вх :

б) частотная погрешность коэффициента усиления:

не учитывается, т.к. рабочая частота невысокая (не выше 200 кГц, меньше частоты единичного усиления f₁ =20 МГц).

в) напряжения смещения:

u_см = *100% = %

Напряжение смещения устраняется с помощью подстроечного резистора R10.

г )погрешность коэффициента усиления [1]:

ΔК = 1-0,999996=0,000004,

Δ_К =ΔК/К*100% = 0,0002%.

3. Погрешность масштабирующего усилителя.

По рекомендации консультанта погрешностью компараторов в схеме выбора предела измерения и погрешностью пикового детектора пренебрегаем.

а) погрешности коэффициента усиленияОУ DA8 обусловленной допусками резисторов R17..R22. Тогда погрешностью коэффициента усиления можно пренебречь.

б) погрешность от разности входных токовi_вх[11]:

в) частотная погрешность коэффициента усиления:

не учитывается, т.к. рабочая частота невысокая (не выше 200кГц, меньше частоты единичного усиления f₁ =20 МГц).

г) напряжения смещения ОУ:

u_см = *100% = %,

Напряжение смещения устраняется с помощью подстроечного резистора R23.

д )погрешность коэффициента усиления [1]:

ΔК = 1-99,99=0,01,

Δ_К =ΔК/К*100% = 0,01% .

4. Погрешность ПСЗ [11]:

а) погрешность от разности входных токовi_вх :

б) частотная погрешность коэффициента усиления не учитывается, т.к. рабочая частота невысокая (не выше 200кГц, меньше частоты единичного усиления f₁ =20 МГц).

в) напряжения смещения:

u_см = *100% = %

Напряжение смещения устраняется с помощью подстроечного резистора R29.

5. Погрешность устройства выборки хранения.

а) погрешность недозаряда _зар не учитывается, т.к. при выборе данного УВХ она составляет ­1% [3] , что входит в допустимый диапазон не более 2%.

б) погрешность разряда накопительного конденсатора:

разр = V_разр*t_хр/U_вх.мах *100% = 5В/сек*1мкс/4В *100% = 0,000125%

в) напряжения смещения:

u_см = U_см/U_вх.мах*100% = 3мВ/4В*100% = 0,075%.

Устраняется с помощью подстроечных резисторов R34 – R37.

6. Погрешность источника опорных напряжений.

Отклонение Uоп приводит к изменению hкв.

Для микросхемы AD586 Uоп=5В 2мВ. Аддитивная погрешность ИОНа равна: 2мВ/5В*100% = 0.4*10^-3 = 0.0004*100% = 0.04%

Устраняется с помощью подстроечного резистора R13.

7. Погрешность ЦАП.

а) погрешность квантованиякв = hкв = 0.002В,

кв = *100% =

б) _L = _LD= ¼ МЗР = 0,0125 [9].

в) апертурная погрешность устраняется использованием УВХ.

8. Погрешность компаратора.

Порог нечувствительности компаратора 1мВ. Погрешность нечувствительности

u_{нечувств} = *100% = %

Основная погрешность АЦП.

В результате анализа погрешностей выясняется, что достаточно ограничиться учётом погрешностей ЦАП, масштабирующего усилителя, УВХ и погрешностью компаратора, так как остальные погрешности либо устраняются регулировкой, либо пренебрежимо малы.

Для нахождения основной суммарной погрешности АЦП принимаем нормальный закон распределения погрешностей для независимых составляющих [12]:

.

Относительная основная погрешность [12]:

,

δ = ± [0,0565 + 0,002*(4В/2мВ-1)] = 0,2545%.

По результатам оценки погрешностей можно сделать вывод, что при использовании 11-ти разрядного АЦП не удалось обеспечить необходимый по техническому заданию класс точности c/d (0,05/0,02). Получили класс точности 0,057/0,002.

Основная погрешность АЦП:

δ = 0,2545%.

Заключение.

В данной курсовой работе разработан АЦП последовательного приближения, со следующими техническими характеристиками:

- входное сопротивление 1МОм;

- пределы измерения напряжения 0,1В, 1 В, 10,24В;

- частота дискретизации 1МГц;

- класс точности 0,057/0,002;

- основная погрешность δ = 0,2545 %.

Разработанный АЦП имеет возможность работать как от внутреннего генератора, так и от внешнего.

Режим преобразования может быть однократным или циклическим.

Устройство обеспечивает работу с заданным спектром сигнала, но не обеспечивает требуемую точность преобразования.

Список литературы.

1. Аналоговые измерительные устройства: учебн. пособие / В.Г. Гусев, А.В. Мулик; УГАТУ, Уфа, 1996, 147с.: ил.

2. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. -2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.отд-ние, 1988.-304 с.:ил.

3. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ С.В.Якубовский, Л.И.Ниссельсон, В.И.Кулешова и др.; Под ред. С.В.Якубовского.—М.: Радио и связь, 1989.-496 с.: ил.

4. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник/ А.В.Баюков,А.Б.Гитцевич, А.А.Зайцев и др.; Под общ. ред. Н.Н.Горюнова.- 3-е изд., перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1987.-744 с.: ил.

5. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. 2-е изд., испр.-Челябинск: Металлургия, Челябинское отд., 1989.- 352 с.:-(Массовая радиобиблиотека. Вып.1111).

6. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учебное издание. -М.: Высшая школа, 1991. –621с.: ил.

7. Федорков Б.Г., Телец В.А., Дегтяренко В.П. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. - М.: Радио и связь, 1984. - 120 с.: ил.

8. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 256 с.

9. Нефедов А.В. и др. Зарубежные интегральные микросхемы для промышленной электронной аппаратуры: Справочник /А.В.Нефедов, А.М. Савченок, Ю.Ф.Феоктистов; Под ред. Ю.Ф.Широкова. - М.: энергоатомиздат, 1989. - 288 с., ил.

10. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник /Э.Т.Романычева, А.К.Иванова, А.С.Куликов и др.; Под ред. Э.Т.Романычевой. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 19890. - 448 с., ил.

11. Бишард Е.Г., Киселева Е.А., Лебедев Г.П… Аналоговые электроизмерительные приборы.- 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Высшая школа. 1991.-425.: ил.

12. Основы метрологии и электрические измерения. Под ред. Е. М. Душина.-6-е перераб. и доп. Ленинград.Энергоатомиздат. 1987.-479.: ил.

2