Разработка аналого-цифрового преобразователя

Мощность, рассеиваемая на резисторе R_к при насыщении транзистора VT,

                                            (15)

      В соответствии с величиной Р_Rк выбираем мощность резистора R_к.

Из условия, что ток базы I_б транзистора VT не должен превышать ток I¹_{вых ттл} (формулы (2) и (4, а), получаем первое ограничение снизу на величину R_б:

                                         (17)

      Для определения ограничения сверху на величину R_б потребуем, чтобы при минимальном значении для выбранного транзистора VT обеспечивалась степень насыщения S. Используя формулы (2), (3) и (5) при наихудшем сочетании параметров (Е, и I⁰_{вх кмдп}) и выбранных значениях R_к и S получим:

   откуда, предложив, что n имеет:

                                    (18)

      Таким образом, получаем двустороннее ограничение  на величину R_б - формулы (16), (17) и (18).

      Величину  R_б выбираем наибольшей, удовлетворяющей двустороннее ограничение и в соответствии со стандартным рядом номиналов резистора.           

Определим мощность, потребляемую ПУ. Если U_вх = U⁰_ттл, то VT находится в режиме отсечки  согласно формуле (1) через резистор R_к протекает ток nI¹_{вх кмдп} + I_{кб о}, который будет максимальным при наибольшей заданной температуре. Поэтому мощность, которую ПУ потребляет от источника питания £ в состоянии логической 7 на выходе, равна:

      

Если  U_вх = U¹_ттл, то VT насыщен, и мощность, потребляемая ПУ в соответствии логического 0 на входе, с учетом (5) равна:

                            (19)

Описание  микросхем 

К155ЛА3(четыре логических элемента 2И-НЕ) 
Условное графическое обозначение 
 
1,2,4,5,9,10,12,13 - входы X1-X8; 
3 - выход Y1; 
6 - выход Y2; 
7 - общий; 
8 - выход Y3; 
11 - выход Y4; 
14 - напряжение питания;

 
 

К176ЛА7 отличается от микросхемы К155ЛАЗ только нумерацией выводов двух средних (по схеме) логических элементов 2И-НЕ.  
 

Типовые статические параметры используемых микросхем 

Параметр	ТТЛ	КМДП
Е,В
U0,В	0,4	0,3
U1,В	2,4	4,5
I1вх, мА	0,1	1,5*10-3
I0вх, мА	1,6	1,5*10-3
I1вых, мА	1	2,5
I0вых, мА	16	2,5
Un, В	0,6	1

 
 

Справочные  данные для К176ЛА7   

Параметр

Е,В=9В

U0,В=0,3

U1,В=8,2

I1вх, мА=0,1

I0вх, мА=-0,1

I1вых, мА=0,3

I0вых, мА=0,3

Un(Помех-ть)=0.9

 
 

Справочные данные для К155ЛА3 

Параметр

Е,В=5В

U0,В=0,4

U1,В=2,4

I1вх, мА=0,04

I0вх, мА=-1,6

I1вых, мА=16

I0вых, мА=-0,4

Un(Помех-ть)=0.9

Краз=10

 
 
 

1. Выбор напряжения питания  П.У.

 

Напряжение  питания ПУ выбрано равным напряжению питания элемента К176ЛА7.

Uп=9В  

2. Выбор номинала резистора Rk.

 

Составим систему  двухсторонних неравенств, из которых  найдем номинал резистора: 

Из условия, что напряжение на выходе ПУ не должно быть меньше напряжения , для наихудшего соотношения параметров определим первое ограничение сверху на величину R_k:

 где  - минимальное напряжения питания при заданном допуске.

минимальное напряжение питания  при допуске 5%

n=1 – нагрузочная способность 

 и  - максимальные значения входного тока КМДП-элемента и обратного тока коллектора транзистора VT, которые достигаются при минимальной температуре T_макс, заданного температурного диапазона работы ПУ. 

 
 

 уровень логической «1»  на выходе К175ЛА7

кОм 

Запишем второе ограничение сверху на величину R_k:

С_n=nC_вх+С_м=1*15+50=65пФ 

Отсюда  кОм

Из условия  тока коллектора насыщенного транзистора  VT максимально допустимым током I_{к макс} для наихудшего соотношения параметров определим ограничение снизу на величину R_k:

  где  - максимальное напряжения питания при заданном допуске.

Таким образом, мы получаем двухсторонне ограничение  на величину R_k, где:

            где  =9В+0,45В=9,45В      

           В – напряжение насыщения коллектор-эмиттер

            А – максимально допустимый ток коллектора транзистора

            мкА 

 кОм 

Таким образом, мы получили двухсторонне ограничение  на Rk

                       кОм     кОм      кОм

Выберем величину Rk наиболее подходящую под двухсторонне ограничение:

 

Мощность, рассеиваемая на резисторе Rk при насыщении транзистора VT, определяется выражением:

3. Выбор номинала резистора Rб.

 

Составим систему  неравенств, из которых выберем номинал  резистора в соответствии со стандартным  рядом номиналов. 

Определим первое и второе ограничение снизу: 

   

       U^*=0.8В – напряжение насыщения база-эмиттер транзистора

        I_бmax =0.1 А – максимально допустимы ток базы транзистора 

          кОм         кОм 

Определим ограничение  сверху на величину Rб. 

 кОм 

Выбираем величину сопротивления резистора в соответствии со стационарным рядом номиналов  резисторов Rб=13кОм  

4. Определение мощности потребляемой ПУ.

 

Мощность, потребляемая ПУ от источника питания Е в  состоянии логической «1» на выходе для наихудшего соотношения параметров определяется выражением: 

        мВт 

Мощность, потребляемая ПУ от источника питания Е в  состоянии логического «0» на выходе для наихудшего соотношения  параметров определяется выражением: 

 

   Литература

Основная 

1. Миловзоров О.В.  Электроника : учебник/ О. В. Миловзоров, И. Г. Панков. -4-е изд., стер.. -М.: Высшая школа, 2008. -288 с

2. Савилов Г.В.  Электротехника и электроника : курс лекций/ Г. В. Савилов. -М.: Дашков и К, 2008. -322

3. Прянишников, Виктор Алексеевич. Электроника : Полный курс лекций / В. А. Прянишников, 2004. - 415 с

4. Щука, Александр Александрович. Электроника  : Учебное пособие / А. А. Щука ; под ред. А. С.  Сигова, 2005. - 799 с

Дополнительная

1. А  г а х а н я н Т.М.  Интегральные микросхемы. М.: Энергоатомиздат, 1983.

1. А л е к с е е н к о A.Г. Основы микросхемотехники. М.: Советское радио,1977.
2. Б а х т и а р о в Г.Д., М а л и н и н В.В., Ш к о л и н В.П. Аналого-цифровые преобразователи. М.: Советское радио, 1980.
3. К о л о м б е т Е.А., Ю р к о в и ч К., З о д л Я. Применение аналоговых микросхем. М.: Радио и связь, 1990.
4. П у х о л ь с к и й Г.И., Н о в о с е л ь ц е в Т.Л. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1990.
5. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. М.: Советское радио, 1990.
6. Х о р о в и ц П., Х и л л У. Искусство схемотехники / Пер. с англ. в трех томах. М.: Мир, 1993.
7. Г о р б а ч е в Г.Н., Ч а п л ы г и н Ё.Е. Промышленная электроника. М.: Энергоатомиздат, 1998.

Справочники

8. Г у р  л е в Д.С.; Справочник по электронным  приборам. Киев: Техника, 1979.
9. Справочник по полупроводниковым диодам транзисторам и интегральным схемам / Поя ред. Н.Н. Г о р ю н о в а. М.: Энергии 1988.
10. Л а в р и н е н к о В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам.  Киев: Техника, 1980.
11. Полупроводниковые приборы. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник/Под ред. Н.Н. Горюнова. М.: Электроиздат, 1982.