24.3. Какие элементы цифровой техники можно использовать в качестве делителей частоты? .

В качестве делителей частоты можно использовать триггеры или их комбинации, организованные в счетчики импульсов, двоичные или двоично-десятичные

24.4. Приведите схему простейшего преобразователя числа импульсов в код на основе двоичного или двоично-десятичного счетчика импульсов. Чем ограничивается верхняя частота преобразования такого преобразователя?

Преобразовать число импульсов в код можно построить при использовании счетчиков импульсов: Схема простейшего преобразователя на двоичном счетчике К155ИЕ7 имеет вид: Верхняя частота преобразования ограничивается максимальной тактовой частотой (временем задержки распространения сигнала от счетного входа +1 до выхода  15), которая для микросхемы К155ИЕ7 равна 25 МГц. В многодекадных счетчиках дополнительное ограничение дает задержка сигнала переноса с выходов  15 и  0 (около 40 мс).

24.5. Приведите схему простейшего однополярного источника опорного напряжения на основе стабилитрона и операционного усилителя (ОУ). Назовите серии стабилитронов с минимальными температурными коэффициентами напряжения стабилизации и поясните способ получения таких низких коэффициентов. Какое значение тока через стабилитрон считается оптимальным с точки зрения температурной стабильности?

Простейший источник однополярного опорного напряжения (отрицательного) на основе стабилитрона и ОУ имеет следующую схему:Минимальные температурные коэффициенты напряжения стабилизации имеют стабилитроны серий Д 818 и КС 191. Это так называемые термокомпенсированные стабилитроны, они имеют встроенный диод, включенный в прямом направлении, за счет которого и осуществляется термокомпенсация.

Оптимальным с точки зрения температурной стабильности считается ток стабилизации через стабилитрон I_СТ , равный 10 мА.

24.6. Какой оу целесообразнее всего использовать в схеме опорного напряжения по п.21.5. И почему? Каким образом в этой схеме можно точно установить выходное напряжение, равное 10,24 в?

Целесообразнее всего использовать ОУ 140УД17, имеющий минимальный температурный коэффициент напряжения смещения вместе с термокомпенсированным стабилитроном КС 191 Ф (U_СТ = 0,0005%/ С) это обеспечит наилучшую температурную стабильность источника U_ОП в широком диапазоне температур.

Независимо от значения U_ОП стабилитрона (не более 10 В), выходное напряжение источника опорного напряжения, равное 10,24 В можно выставить с помощью потенциометра R4. Необходимо, чтобы R2  R3 + R4

24.7. Дайте определение аналогового компаратора (порогового устройства). Какие компараторы имеют уровни выходных напряжений, соответствующие ТТЛ, КМОП - логике? Чем определяется скорость переключения (переброса) компаратора? .

Aналоговым компаратором называется устройство, формирующее импульс или перепад выходного напряжения в момент равенства двух сравниваемых величин (обычно напряжений), одно из которых обычно постоянно или медленно меняется и называется опорным. Уровни нижнего и верхнего значений выходного напряжения обычно соответствуют логическим уровням "0" и "1" соответствующей логики.

К компараторам, имеющим уровни выходных напряжений, соответствующим ТТЛ, относятся компараторы 521 и 554 серий: 521СА1, 521СА2, 521СА4, К554СА1, К554СА2, К554СА4, а также КМ597СА2.

К компараторам с выходными напряжениями, соответствующим КМОП - логике относятся компараторы 176, 564, 561 серий: 564СА1, 561СА1, 176СА1 и т.д., а также 1401СА1.

Скорость переключения (переброса) компаратора из одного состояния в другое, определяется типом компаратора, его внутренней структурой и напряжением перевозбуждения, т.е. превышением контролируемого импульсного входного сигнала над опорным. При увеличении перевозбуждения до некоторого предела, быстродействие компаратора можно увеличить на 30-40%.

24.8. Что такое шкала ЦАП? Как связаны в ней между собой значение опорного напряжения, число разрядов преобразования и значение минимального выходного напряжения ЦАП, отличного от нуля? Шкалой ЦАП обычно называют градацию уровня выходного напряжения по отношению к опорному напряжению U_ОП.

Значение минимального выходного напряжения ЦАП, отличного от нуля, называется разрешающей способностью ЦАП или ступенькой квантования и определяется как

,

где N – число разрядов преобразования ЦАП.

24.9. Какое количество разрядов преобразования должен иметь ЦАП, чтобы обеспечить погрешность не более 0,1% с учетом погрешности дискретности (дифференциальная нелинейность младшего значащего разряда)? Для того, чтобы обеспечить погрешность преобразования  из-за дискретности выходного напряжения  0,1%, необходимо, чтобы

0,001,

т.е. число уровней U_вых ЦАП должно быть не менее 1000. Этому требованию отвечают все ЦАП, имеющие не менее 10 разрядов преобразования, т.к. 2¹⁰ = 1024. При этом при дифференциальной нелинейности U_вых ЦАП в ¹/₂ младшего значащего разряда эта погрешность не превысит значения 0,1%. Следовательно, ЦАП должен иметь N  10.

24.10. Подберите по справочнику ЦАП, необходимый для выполнения контрольного задания. По справочнику подбираем ЦАП К572ПА1А, имеющий 10 разрядов. Могут быть использованы и 12-ти разрядные ЦАП, например, К572ПА2 и К1108ПА1 с любыми буквенными индексами. При этом 2 младших значащих разряда нужно будет отбросить (не использовать).

24.11. Какой ОУ целесообразнее всего использовать в качестве суммирующего на выходе ЦАП в данном случае и почему? В качестве суммирующего ОУ на выходе ЦАП в данном случае необходимо использовать быстродействующий ОУ, иначе не удастся обеспечить требуемую крутизну фронтов ступенчато нарастающего напряжения.

Такими ОУ являются быстродействующие ОУ серии 154:

К154УД2 имеет скорость нарастания В/мкс

К154УД3 " - " - " U = 80 B/мкс

К154УД4 " - " - " U = 200 B/мкс

К154УД7 " - " - " U = 1500 B/мкс

Кроме них можно использовать ОУ:

К544УД2 " - " - " U = 20 B/мкс

К140УД11 " - " - " В/мкс

К574УД1 " - " - " U = 50 В/мкс

К574УД3 " - " - " U = 30 В/мкс

Для решения данной задачи лучше всего использовать ОУ К154УД2, имеющий U = + 150 В/мкс с нормированным временем установления t_уст  5 мкс, а также минимальное значение напряжения смещения U_СМ  2 мВ или К154УД3, имеющий балансировку нуля U_вых.

24.12. Приведите типовую схему включения выбранного ЦАП с соответствующим ОУ.