3.1 Расчёт блока интегрирования

Рис.4. Интегратор на ОУ.

Для входного сигнала:

U_max = 10 В

t_{X max} = 100 мс

так как U_вх постоянное (во время интегрирования) то

В качестве ОУ возьмём микросхему К140УД7. Для неё U_{ВЫХ max}=11.5 В

Примем U_ВЫХ = 11В

Возьмём R1 = 100кОм, тогда С1 = 910нФ

Сопротивление выберем из ряда Е24 МЛТ-0,25 100к

Конденсатор выберем из ряда E25 910нФ

В качестве ключа применяется микросхема К561КТ3

R_замк=80 Ом

считая, что ёмкость разрядится за 5ф, максимальное время сброса интегратора

3.2 Разработка блока выборки - хранения

Так как на выходе интегратора требуемое напряжение присутствует не на всём протяжении рабочего цикла, то возникает необходимость в применении устройства выборки-хранения. Рассмотрим структуру простейшего устройства выборки-хранения.

Рис.5. Простейшее устройство выборки-хранения.

При замыкании ключа ёмкость заряжается до уровня входного сигнала. При размыкании ключа напряжение на ёмкости служит источником выходного сигнала. Применение буферного повторителя на ОУ обусловлено необходимостью минимизации тока разрядки ёмкости в режиме хранения. Для этого применяются ОУ с полевыми транзисторами на входе.

В данной схеме R - это сопротивление замкнутого ключа S2.

Пусть

R_замк=80 Ом Возьмём С2 = 91нФ (для ускорения процесса перезарядки)

тогда

Так как согласно алгоритму управления ключами процессы перезарядки конденсаторов должны происходит во время пауз между входными импульсами, то максимальное время, необходимое для выполнения запоминания и сброса будет:

Следовательно, максимальная скважность импульсов (при t_X = 100мс) для выбранных номиналов конденсаторов будет равна

Однако при применении такой схемы возникают следующие проблемы:

1) При замкнутом ключе источник входного сигнала имеет значительную емкостную нагрузку. А так как источником является ОУ, это может привести к его самовозбуждению.

2) ОУ с полевыми транзисторами на входе имеют значительное смещение нуля, что негативно сказывается на точности преобразования.

Во многом эти проблемы можно решить применением интегральной микросхемы выборки-хранения К1100СК2.

Рис.6. Функциональная схема устройства выборки-хранения К1100СК2

Когда коммутатор находится в замкнутом состоянии, потенциал выхода операционного усилителя DA1 вследствие действия общей отрицательной обратной связи устанавливается таким, что Uвых отличается от U_вх на величину напряжения смещения DA1.

При этом смещение, возникающее из-за наличия коммутатора и DA2, сводится к нулю.

Диоды в этом состоянии схемы заперты, так как падение напряжения на них, равное указанному смещению, достаточно мало (<= 20мВ). При размыкании коммутатора управляющим сигналом выходное напряжение остается неизменным.

Резистор R1 и диоды предотвращают насыщение DA1, которое могло бы возникнуть из-за размыкания общей отрицательной обратной связи в этом режиме. Это снижает время переходного процесса при замыкании коммутатора. Усилитель DA1 обеспечивает высокое входное сопротивление УВХ.

Он выполнен по схеме с биполярными транзисторами на входе, что легко позволяет получить смещение нуля схемы в пределах 5 мВ. Резистор R2 ограничивает ток заряда конденсатора хранения.

Согласно рекомендациям разработчика С2 = 1нФ (ряд Е24)

Инвертор собран на DA2.

Так как от точности обработки ОУ сигнала зависит качество всего преобразователя, то для минимизации влияния дрейфовых явлений взята прецизионная микросхема К140УД13.

Из соотношения

номиналы сопротивлений выбраны из ряда Е24 R2 = R3 = 1кОм