По команде "Пуск" приходит в действие генератор строб-импульсов. В качестве генератора выберем генератор на элементах 2И-НЕ (рисунок 5), как наиболее простой в реализации [3]. Требуемая частота генератора 400 Гц. В качестве микросхем 2И-НЕ используем К561ЛА7. Частота данного генератора задаётся формулой 13, и зависит от используемых значений ёмкости и сопротивления:
f = 0,52/R1×C1 (13)
Подставив в формулу 13 значение часототы f, равное 400 Гц, подберём значения сопротивления и ёмкости равные: 620 Ом и 2 мкФ соответственно.
Рисунок 5 - Схема генератора строб-импульсов
На выходе выбранного генератора имеем, широкие строб-импульсы, для согласования с АЦП, используем фильтр низких частот с ограничителем (рисунок 6).
Рисунок 6 - ФНЧ и ограничитель
Параметры С1 и R1 выберем равными 0,022 мкФ и 5 кОм соответственно. В качестве диода используем модель 10BQ015IR.
Таблица 2 - Основные параметры диода 10BQ015IR
| Параметр | Значение |
| Ток насыщения | 16 мкА |
| Коэффициент инжекции | 1.0339 |
| Коэффициент эмиссии для тока ISR | |
| Контактная разность потенциалов | 1.5 В |
| Коэффициент нелинейности | 1.5 |
| Обратное напряжение | 15 В |
| Коэффициент неидеальности |
Для обеспечения входного сопротивления 1 кОм будем использовать узел согласования который изображен на рисунке 7.
Рисунок 7 - Узел согласования
В качестве операционного усилителя возьмём LM6365.
Таблица 3 - Основные параметры операционного усилителя LM6365
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания + | 15 В |
| Напряжение питания - | -15 В |
| Разность входных токов смещения | 150 нА |
| Входной ток смещения | 2,5 мкА |
| Максимальное выходное положительное напряжение | 13,6 В |
| Потребляемая мощность | 500 мВт |
| Напряжение смещения нуля | 6 мВ |
Для работы АЦП понадобится дифференциальный усилитель. Используем схему дифференциального усилителя на базе одного операционного усилителя (LM6365). Электрическая схема приведена на рисунке 8.
Рисунок 8 - Дифференциальный усилитель на базе одного ОУ
Выходное напряжение, в случае когда R1 = R2 и R3 = R4, рассчитывается по формуле [8]:
Uвых = (U2 - U1) × (R3/R1). (14)
Максимально напряжение которое должен преобразовывать второй АЦП - 0,3 В, исходя из этого примем напряжение на выходе дифференциального усилителя равным 0,3 В. Подставив в формулу значения U1, U2 и Uвых, подберём значение сопротивления для резисторов R1 и R3.
,3 = (10 - 9,92) × (R3/R1), (15)
,3/0,08 = R3/R1, (16)
,75 = R3/R1. (17)
Из соотношения 16, возьмём сопротивление резисторов равное 3750 Ом и 1000 Ом, для третьего и первого резисторов соответственно.
В качестве параллельного АЦП будем использовать БИС КР1107ПВ5 (рисунок 9).
Рисунок 9 - Схема БИС КР1107ПВ5
Микросхема представляет собой 6-разрядный АЦП с ЭСЛ выходом и разрядом переполнения. Работой АЦП управляет тактовый сигнал. Выборка производится при низком уровне тактового сигнала. При положительном фронте тактового сигнала компараторы стробируются и через время Tпр на выходе АЦП появляется код, соответствующий значению аналогового сигнала. В таблице 4 указаны назначения его основных выходов.
Таблица 4 - Назначение основных выходов АЦП КР1107ПВ5
| Выход | Назначение |
| IAS | Входной аналоговый сигнал |
| ITS | Тактовый вход |
| Опорное напряжение Uоп | |
| Опорное напряжение -Uоп | |
| D0 | Разряд переполнения |
| D1 | Выход 1 (младший разряд) |
| D2-D5 | Выходы 2 - 5 |
| D6 | Выход 6 (старший разряд) |
| AG | Аналоговая земля |
| DG | Цифровая земля |
Принципиальная электрическая схема включения БИС КР1107ПВ5 представлена на рисунке 10, основные параметры АЦП - таблица 5.
Рисунок 10 - Принципиальная электрическая схема включения БИС КР1107ПВ5
Таблица 5 - Основные параметры АЦП КР1107ПВ5
| Параметр | Значение | |
| Не менее | Не более | |
| Число разрядов | ||
| Диапазон входного напряжения | -2 В | 2 В |
| Входной ток по аналоговому входу | 0,5 мА | |
| Ток потребления от источника опорного напржения | 60 мА | |
| Выходное напряжение высокого уровня | 1,1 В | |
| Выходное напряжение низкого уровня | 1,5 В | |
| Время преобразования | 20 нс | |
| Максимальная частота выходного сигнала | 25 МГц |
В качестве ЦАП используем 8-и разрядную ИС ЦАП К1118ПА3 (рисунок 10). Типовая электрическая схема включения приведена на рисунке 11, основные параметры - таблица…
Рисунок 11 - ЦАП К1108ПА3
В таблице 6 указаны назначения основных выходов.
Таблица 6 - Назначение основных выходов ЦАП К1108ПА3
| Выход | Назначение |
| Вход 1 (младший разряд) | |
| 2-7 | Входы 2-7 |
| Вход 8 (старший разряд) | |
| -U | Напряжение питания -Uп |
| U | Напряжение питания +Uп |
| 9-10 | Опорные напряжения |
| Uвых | Аналоговый выход |
| Общий |
Рисунок 12 - Типовая электрическая схема включения ИС ЦАП К1118ПА3
Таблица 7 - Основные параметры ЦАП ИС ЦАП К1118ПА3
| Параметр | Значение | |
| Не менее | Не более | |
| Число разрядов | ||
| Выходной ток | 20 мА | |
| Выходной ток смещения нуля | 200 мкА | |
| Абсолютная погрешность преобразования | -2 мА | 2 мА |
| Входной ток высокого уровня | 250 мкА | |
| Входной ток низкого уровня | -20 мкА | 20 мкА |
| Время установления выходного тока | 10 нс |
Для каждого АЦП необходим источник опорного напряжения (ИОН). Используем достаточно простую в реализации схему [2], погрешность её сигнала на выходе мала (≈ 1%). ИОН приведён на рисунке 13.
Рисунок 13 - Источник опорного напряжения
Выберем стабилитрон (VD1) - КС133А (Uвх= 5 В, Uст= 3 В, Iвых = Iст = 5 мА).
Рассчитаем сопротивления для источника опорного напряжения первого АЦП (Uоп1=9,92 В):
R2=(Uоп1 -Uст)/Iвых= 6,92/0,005=1384 Ом,(18)=Uоп1/Iвых= 9,6/0,005= 1984 Ом,(19)=(Uвх -Uст)/(Iвых+Iст)= 2/0,01=200 Ом.(20)
Рассчитаем сопротивления для источника опорного напряжения второго АЦП (Uоп2=0,3 В):
R2=(Uоп2 -Uст)/Iвых= 2,7/0,005=540 Ом,(21)
R3=Uоп2/Iвых= 0,3/0,005= 60 Ом,(22)=(Uвх -Uст)/(Iвых+Iст)= 2/0,01=200 Ом.(23)
Чтобы обеспечить считывание результата преобразования в ЭВМ потребуется параллельный регистр. В качестве регистра была выбрана микросхема 54AC821DM - 10-и разрядный параллельный регистр на D-триггерах (рисунок 14)[4], основные параметры, таблица 8.
Рисунок 14 - Регистр КР1531ИР22
Таблица 8 - Основные параметры регистра КР1531ИР22
| Параметр | Значение |
| CCH | I(CC) = 55 мА |
| PHL | 8 нс |
| PLH | 13 нс |