Курсовая работа: Интеллектуальный аналогово-цифровой преобразователь

= 10.967

Поскольку трудно найти 11-разрядные АЦП, возьмем 12-разрядный АЦП. Тогда шаг квантования будет равен

= 0.244 [мВ]

Расчет необходимого значения частоты дискретизации

Для исключения потери информации после преобразования и устранения избыточности информации в устройстве применяется фильтр низких частот (ФНЧ). Спектральная характеристика ФНЧ должна быть такой, чтобы в полосе пропускания находилось не менее 95% от спектральной мощности входного сигнала. Спектральная мощность оценивается по площади спектра. Расчет площади спектра производится по формуле:

S = 83290 условных единиц.

Частоты f1, f2 и f3 определены в техническом задании и соответственно равны 40, 60 и 220 кГц.

Площадь спектра, ограниченная ФНЧ должна быть не менее 0.95·S = 79130 условных единиц. Путем расчета в программе MathCad 2000 Professional определим, что данное условие достигается на частоте среза fc = 181.5. [кГц].

Согласно теореме Котельникова, минимальная частота дискретизации определяется:

,

гдеfв – верхняя граничная частота, равная 181.5. [кГц]

Однако, может наблюдаться эффект наложения спектров и данный спектр входного сигнала имеет некомпактный вид, поэтому введем коэффициент запаса, равный 1.7.

= 617.1 [кГц]

Значение частоты дискретизации выбираем 625 кГц.

Период дискретизации будет равен

= 1.6. [мкс]

Расчет частоты дискретизации по теореме Бернштейна:

= 22.35 [МГц]

Где Δap – погрешность аппроксимации при восстановлении сигнала по его дискретным значениям. Примем равным 4/3 от шага квантования.

Следовательно, при использовании fд по Котельникову спектр выходного сигнала потерян не будет, но на верхних частотах будет большая погрешность аппроксимации при восстановлении сигнала.

Расчет входной части

В качестве входной части используется повторитель напряжения на операционном усилителе для обеспечения необходимого значения входного сопротивления.

Рис. 1. Повторитель напряжения.

В данной схеме входное сопротивление определяется значением резистора R1. Для обеспечения единичного коэффициента усиления номинал резистора R3 будет равен номиналу резистора R1. Но последовательно с резистором R2 включен подстроечный резистор R4, поэтому номинал резистора R3 необходимо уменьшить на значение, равное половине значения номинала подстроечного резистора R4. Резистор R2 не влияет на значение коэффициента усиления и вводится для уменьшения изменений выходного напряжения, вызванных временными или температурными колебаниями входных токов. Значение R2 выбирают из условия

В качестве операционного усилителя используется К140УД26. Усилитель содержит на входе схему защиты входных дифференциальных каскадов от перегрузок и пробоя высоким входным напряжением.

Расчет фильтра низких частот

В качестве ФНЧ выберем фильтр Баттерворта, так как он имеет гладкую спектральную характеристику, без пульсации в зонах пропускания и заграждения, описываемую функцией [Гут]: