4.9 Компаратор

Элементная база компаратора представляет собой микросхему К521СА2 на рисунке 14. Это функционально законченное устройство, предназначенное для сравнения двух входящих сигналов.[4]

В таблице 13 приведены основные характеристики компаратора.

Таблица 13 – Электрические параметры К521СА2

Напряжение питания положительное	12 В
Напряжение питания отрицательное	Минус 6 В
Напряжение «1»	2,5–4 В
Напряжение «0»	0,3 В
Время задержки tЗд	130 нс
Напряжение смещения нуля	7,5 мВ
Коэффициент усиления Kу	750
От положительного	9 мА
От отрицательного	8 мА

5. Электрическое моделирование схемы

Моделирование схемы проводилось в пакете программ схемотехнического моделирования Micro–Cap 10 Evaluation. В качестве устройства для моделирования было предложено смоделировать источник опорного напряжения. В программе Micro–Cap была создана схема, показанная на рисунке 12.

Рисунок 12 – Электрическая схема для моделирования

Данная схема представляет собой параметрический стабилизатор, в основе которого лежит стабилитрон KC156A. На данной схеме была использована простейшая батареи V₁ для подачи напряжения питания ± 15 В. Параметры стабилитрона представлены на рисунке 13.

Рисунок 13 – Скриншот модели KC156A.

На рисунке 14 изображена зависимость выходного сигнала в U₁ = 14 В.

U₂ =5,658 В.

Рисунок 14 – Выходной сигнал

На рисунке 15 изображена зависимость выходного сигнала в U₁ = 15 В.

U₂ =5,670 В.

Рисунок 15 – Выходной сигнал

На рисунке 16 изображена зависимость выходного сигнала в U₁ = 16 В.

U₂ =5,680 В.

Рисунок 16 – Выходной сигнал

Результатом моделирования является зависимость входного сигнала от выходного. На графиках видно, что значение выходного сигнала U₂ =5,670 ± 0,01 В, при нестабильности входного сигнала U₁ = 15 ± 1 В.

Коэффициент стабилизации рассчитывается по формуле (20):

6. Анализ метрологических характеристик

Для подтверждения работоспособности проекта разработанного кодоимпульсного преобразователя компенсирующего напряжения приведем его основные характеристики.

Диапазон входного напряжения, исходя из способа построения, рассчитан на напряжение до 10 В, что соответствует ТЗ.

Время преобразования задаётся генератором циклов преобразования с частотой 1 Гц, то есть с периодом 1 с, что соответствует требованиям ТЗ.

Входное сопротивление составляет 0,2 Мом.

При разработке устройства был использован метод кодоимпульсного преобразования, что соответствует требованиям ТЗ.

С помощью регистра обеспечивается считывание результата в ЭВМ, что соответствует требованиям ТЗ.

1. Аддитивная погрешность представляет собой смещение сигнала на определенную величину, не зависящую от уровня сигнала.

2. Мультипликативная погрешность представляет собой смещение сигнала на величину, зависящую от уровня сигнала.

Проведем оценку суммарной погрешности устройства, основываясь на работе блока ЦАП, источнике опорного напряжения, дифференциального усилителя и компаратора.

Согласно характеристикам ЦАП К572ПА2, относительная погрешность ЦАП в конце шкалы δ_цап= 2,9 %. Данное значение не отвечает за погрешности в других точках характеристики преобразования. Следовательно,δ_цапопределяет мультипликативную погрешность.

δ_М.=2,9 %.

Определим так же относительную погрешность по формуле (21), формируемую за счет нестабильности ИОН ЦАП, влияющую на выходное напряжение ЦАП. Данная погрешность также является аддитивной

Определим нестабильность опорного напряжения ЦАП U_оп по формуле (22). Примем его абсолютное значение за половину младшего разряда.

_оп.=(22)

δ_{ион.цап}==∙ 19,8 ·100 % = 0,07%. (21)

Относительную погрешность ДУ найдем по формуле (23):

δ_ду=∙K∙ 100%=∙100∙ 100%= 0,05 % (23)

где U_см– напряжение смещение нуля (характеристика операционного усилителя),

K–коэффициент усиления,

U_max– максимальное выходное напряжение на выходе устройства.

Данная погрешность является аддитивной.

Определим так же относительную погрешность ИОН по формуле (21). Данная погрешность также является аддитивной.

_оп. =0,02 В.

δ_ион==∙ 18,7 ·100 % = 0,07%. (21)

Определим относительную погрешность компаратора по формуле (24).Данная погрешность также является аддитивной.

. (24)

где ∆ – напряжение смещение нуля,

U– опорное напряжение.

Суммируем погрешности по формуле (25):

δ_адд.==%. (25)

Пронормируем полученные значения погрешности, выбрав значения из стандартного ряда. Для устройства аддитивной погрешностью получим из формулы (26):

. (26)

где X_n– нормирующее значение входной величины,

δ_адд – суммарная аддитивная погрешность.

После нормирования принимаем согласно ГОСТ 8.401-80 значение приведенной аддитивной погрешности 0,013 %.