4.2 Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель предназначен для усиления разности двух входных напряжений. В качестве операционного усилителя выбрана микросхема К140УД12, представленная на рисунке 7. В таблице 4 приведены основные характеристики ОУ.[1]

Рисунок 7 – Дифференциальный усилитель

Назначение выводов:

1– прямой вход; 2 – инверсный вход; 3 – земля; 4 – 5 – свободные; 6 – выход U_вых; 7– плюсU_пит.

Таблица 4 –Электрические параметрыК140УД12

Напряжение питания Uпит	± 15 В
Напряжение смещения нуля	не более 5 мВ
Выходное максимальное напряжениеUВых max	±10 В
Коэффициент усиления	50·103

Если принять R₃/R₄=R₁/R₂, то выходное напряжение будет изменяться пропорционально разности входных сигналов и его можно найти по формуле (12):

U_вых = (U₂–U₁)·R₂/R₁ (12)

где U₁– напряжение на инвертирующем входе;

U₂– напряжение на прямом входе.

Поскольку одним из требований ТЗ является входное сопротивление, равное 0,2 Мегаома, то:

R₁=R₃ = 0,2 МОм

R₂=R₄ = 20 МОм

Отсюда коэффициент усиления находится по формуле (13):

К= R₂/R₁ = 20/0,2 = 100 (13)

4.3 Источник опорного напряжения

Источник опорного напряжения представлен параметрическим стабилизатором, в основе которого лежит стабилитрон КС156А, представленным на рисунке 8. Параметры стабилитрона представлены в таблице 5.[12]

Рисунок 8 – Параметрический стабилизатор напряжения

Таблица 5 – Параметры КС156А

Напряжение стабилизации Uст	5,6 В
Минимальное напряжение стабилизации Uстmin	5 В
Максимальное напряжение стабилизации Uстmax	6,2 В
Минимальный ток стабилизации Iст min	3 мА
Максимальный ток стабилизации Iстmax	55 мА
Дифференциальное сопротивление rд	46 Ом

Примем напряжение питания равное 15 В:

U_п=15±5% В

Примем ток нагрузки равный 1 мА:

I_н=1 мА

Величина сопротивления нагрузки находится по формуле (14):

R₂ =U_СТ/I_н= 5,6/10^–3= 5600 Ом (14)

где U_СТ – номинальное стабилизируемое напряжение;

I_н – ток нагрузки.

Величина сопротивления R₁находится по формуле (15):

R₁= (U_{П min}–U_{СТ min}) / (I_{СТ min}+I_н) =(14,25–5)/(0,003+0,001)=2312,5 Ом (15)

где U_{П min} – минимальное напряжение питания;

U_СТmin – минимальное напряжение стабилизации;

I_{СТ min}–минимальный ток стабилизации;

I_н– ток нагрузки.

Коэффициент стабилизации находится по формуле (16):

К= U_СТ ·R₁/r_дU_п =(5,6∙2312,5) / (46∙15)=18,7 (16)

где r_д – дифференциальное сопротивление стабилитрона.

В схеме присутствует аналогичный отрицательный источник опорного напряжения, который подает напряжение на второй компаратор.

4.4 Счетчик

Восьмиразрядный двоичный счетчик построен на основе двух четырехразрядных реверсивных счетчиков К564ИЕ11. Схема счётчика приведена на рисунке 9.[6] Данное устройство предназначено для суммирования и вычитания.

Рисунок 9 – Счётчик К564ИЕ11с параллельным переносом

Назначение выводов:

1 – разрешение установки; 2 – выход 4 разряда; 3 – параллельный вход 4 разряда; 4 – параллельный вход 1 разряда; 5 – вход переноса; 6 – выход 1 разряда; 7 – выход переноса; 8 – общий; 9 – установка нуля; 10 – сложение/вычитание; 11 – выход 2 разряда; 12 – параллельный вход 2 разряда; 13 – параллельный вход 3 разряда; 14 – выход 3 разряда; 15 – тактовый вход; 16 – напряжение питания.

Для синтеза восьмиразрядного счетчика необходимо знать таблицу состояний (истинности) данного устройства.

Таблица состояний данного счетчика соответствует таблице 6. [6]

Таблица 6 –Таблица истинности счётчика

Тактовый вход	Вход переноса	Сложение/вычитание	Разрешение установки	Установка нуля	Действие
С	Р0	±1	V	R
0	0	Х	0	0	Хранение
1	0	1	0	0	Сложение
1	0	0	0	0	Вычитание
X	Х	Х	1	0	Установка
Х	Х	Х	Х	1	Установка нуля

Связь счетчиков осуществляется через соединение выхода переноса младшего счётчика к тактовому входу старшего.

В таблице 7 приведены основные параметры счетчика К564ИЕ11.[6]

Таблица 7 – Электрические параметры К564ИЕ11

Напряжение источника питания Uпит	3..15 В
Ток потребления Iпот1,2	10 мкА
Число разрядов	4
Время задержки от входа суммы к входу переноса	270 нс
Время задержки от тактового входа к параллельному выходу	200 нс
Время задержки от тактового входа к выходу переноса	120 нс