Эталонный ответ контрольного задания № 26

26.1. Промышленность выпускает готовые интегральные перемножители сигналов в аналоговой форме: 140МА1, 525ПС1, 525ПС2 и 525ПС3. Эти перемножители обеспечивают погрешности перемножения: 140МА1 - не более 2,5%, 525ПС1 - не более 2%, 525ПС2 - не более 1%, 525ПС3 - не более 0,5% на частоте 10 кГц. Однако с увеличением частоты входных сигналов точность умножения резко снижается.

Логарифмические перемножители могут обеспечить требуемую точность перемножения в заданном диапазоне частот до 60 кГц, однако могут быть реализованы только на дискретных элементах и получаются довольно сложными.

26.2. Множительным называется ЦАП, допускающий по своей организации изменение знака и значения опорного напряжения.

26.3. Умножение можно пояснить схемой:

где U_ОП - опорное напряжение;

К_А - коэффициент пропорциональности, обычно К_А = 1;

А - входное цифровое слово.

Таким образом, выходное напряжение есть результат перемножения опорного напряжения и входного цифрового слова.

26.4. Точность умножения (преобразования) характеризуют погрешность нелинейности и дифференциальная нелинейность характеристики преобразования ЦАП.

26.5. Да. Чем больше разрядность ЦАП, тем более высокие требования предъявляются к значениям погрешности нелинейности и дифференциальной нелинейности ЦАП. Так, 12-ти разрядный ЦАП принципиально должен иметь значительно меньшие значения этих параметров, чем 10-ти разрядный.

26.6. Изменится шаг квантования h - он увеличится в 4 раза, а также в соответствии с этим изменением уменьшится максимальное выходное напряжение ЦАП, равное в общем случае:

26.7. Максимальное выходное напряжение уменьшится в 4 раза, шаг квантования останется прежним.

26.8. Из отечественных интегральных ЦАП для реализации такого множительного устройства может быть использован только К572ПА2, т.к. только у него диффернциальная нелинейность не превышает в худшем случае 0,1% (для К572ПА2В), а в лучшем - не превышает 0,025% (для К572ПА2А). Кроме того, для этого ЦАП t_уст  15 мкс, что обеспечивает требуемое быстродействие.

26.9. В этой схеме .

Если с помощью внешних резисторов R1 и R2 добиться К_А1=1 и К_А2=1, то .

Т.к. в каждом ЦАП использовать мы можем только 10 разрядов из 12, то используем только 10 младших разрядов для сохранения значения шага квантования h, а два старших разряда замыкаем на землю.

При этом шкала выходного напряжения дважды уменьшается в 4 раза. Т.е. общее уменьшение U_вых - в 16 раз.

Для реализации единичного коэффициента умножения это уменьшение необходимо компенсировать соответствующим увеличением опорного напряжения для данного включения ЦАП К572ПА2А, т.е. установить U DA1 равным 16 В. Тогда:

Значение выходного напряжения U_вых при этом не будет превышать

1 В, т.е. это условие задания также выполняется.

26.10. Используемый операционный усилитель должен обеспечивать:

1) требуемое быстродействие - частота смены кода 60 кГц, т.е. полоса пропускания ОУ в разомкнутом состоянии: ;

2) минимально возможное время установления, которое < t_уст ЦАП;

3) минимально возможное смещение нуля, которое не должно превышать половину шага квантования, т.е.

4) минимально возможный температурный коэффициент ТК ΔU_СМ для обеспечения требуемой точности;

5) максимально возможную скорость нарастания выходного напряжения U.

Из отечественных ОУ этим требованиям отвечают только 140УД17 и 140УД24. Их и нужно использовать для построения данного множительного устройства.

26.11. Т.к. погрешность, вносимая каждым из ЦАП на соответствующем кодовом переходе проявляется случайным образом, то суммирование погрешностей ЦАП нужно производить по правилу суммы квадратов. Тогда:

В данном случае представляет собой дифференциальные нелинейности характеристики преобразования.

26.12. Наиболее существенным ограничением являются выбросы, которые могут достигать (на главном переходе) до половины значения опорного напряжения.

Контрольное Задание № 27

Разработать мультиплицированную ИИС для измерения переменного магнитного поля частотой 1 кГц в 3-х точках. Погрешность измерения 2 %.

Выполните задание и ответьте на вопросы, связанные с поставленной задачей.

27.1. Начертить обобщенную структуру с общей образцовой величиной (мультиплицированную).

27.2. Какой датчик можно использовать для измерения переменного магнитного поля?

27.3. Какие функции выполняет ЦАП, мультиплексор?

27.4. Какова должна быть разрядность ЦАП для того, чтобы погрешность измерения не превышала 2 %?

27.5. Как при помощи ЦАП генерируется ступенчато нарастающая функция?

27.6. Каким образом можно ввести информацию с этих преобразователей, используя один порт ввода ЭВМ?

27.7. Зависит ли для выбранного датчика выходной сигнал от изменения частоты измеряемого переменного магнитного поля?

27.8. Какой вид имеет сигнала на выходе аналоговой схемы сравнения компаратора, если на один вход подать измеряемое напряжение, а на другой - опорное напряжение, изменяющееся по пилообразному закону?

27.9. Чем определяется быстродействие мультиплицированной структуры?