Схема сбора аналоговой информации микропроцессорной системы (стр. 5 из 6)
,где
Здесь
является максимальной величиной напряжения на выходе ОУ, а 
- максимальным выходным током ОУ (паспортные данные ОУ).При задании резисторов следует помнить о том, что резисторы
и 
÷ 
определяют величину входного сопротивления каскада по инвертирующему к неинвертирующему входам и являются фактическими нагрузками ОУ ДА1,ДА2.Кроме того, применение высокоомных резисторов 
÷ приводит к повышенному дрейфу выходного напряжения из-за нескомпенсируемой разности входных токов 
(паспортный параметр ОУ).Расчет каскадов на ДА1,ДА2 начинают с выбора номиналов резисторов
и 
: 
К выбору подходят с тех же позиций, что и при выборе резисторов
÷ .Зная требуемый минимальный коэффициент
усиления согласующего усилителя, рассчитывают максимальное суммарное сопротивление резисторов R1 и R2:
а затем, исходя из максимального коэффициента усилителя
,-минимальное значение суммарного сопротивления резисторов R1 и R2 
Величину резистора R2 определяют как
. Если получается номинал, отсутствующий в стандартном ряде, то выбирают ближайший. Допуск на относительный разброс номиналов резисторов (кроме R1 и R2) определяют по формуле 
где
- требуемый коэффициент ослабления синфазной помехи.После выбора и расчета номиналов резисторов необходимо оценить напряжение ошибки на выходе каскада, обусловленной дрейфом напряжений смещений нуля и разностных входных токов по стандартной методике [3]. Если напряжение ошибки получается более
, то следует уменьшить номиналы резисторов R3 ÷ R8 и повторить расчет.5.2 Фильтр низких частот
Схема фильтра 2-го порядка с характеристикой Баттерворта приведена на рис.9. Здесь не показаны только цепи коррекции смещения нуля и частотной коррекции (наличие этих цепей в РГР обязательно).
Для получения требуемой частотной характеристики (максимально плоская в полосе прозрачности АЧХ и спад на переходном участке - 40 дБ/дек.) коэффициент затухания
принимают равным 1,414.Верхняя граничная частота фильтра определяется как:
поэтому, варьируя номиналами как R, так и С, можно добиться требуемого значения
. 
Рисунок 9 – Схема фильтра низких частот
Однако целесообразно задаться сначала величинами емкостей С из ряда стандартных значений, а затем рассчитать величины резисторов:
Величины емкостей С следует выбирать таким образом, чтобы получить значения резисторов R в пределах (10÷100) кОм.
С целью уменьшения влияния разности входных токов ОУ должно выполняться равенство:
(4)В то же время для получения АЧХ типа Баттерворта
(5)Решая систему уравнений (4) и (5), определяют номиналы R1 и R2.
Рассчитав номиналы элементов схемы, уточняют величину коэффициента усиления в полосе прозрачности:
и находят ошибку усиления постоянной составляющей, обусловленную дрейфом напряжения смещения нуля ОУ и его входного тока.
5.3 Устройство выборки-хранения
Одна из схем УВХ представлена на рис.10. Здесь в роли ключа применен полевой транзистор VT1 с р-n переходом. Он включен по схеме с плавающим затвором, благодаря чему независимо от величины входного аналогового сигнала достигается полное открытие ключа в моменты выборки. Режим плавающего затвора обеспечивается за счет применения переключающего диода VD1 . При подаче положительного импульса Uу диод VD1 закрыт и транзистор VТ1 открыт, так как потенциал затвора равен потенциалу истока (если пренебречь падением напряжения на резисторе R1 за счет тока затвора и обратного тока диода VD1). При поступлении отрицательного импульса управления диод VD1 открывается, напряжение на затворе становится равным управляющему и транзистор VТ1 закрывается.
Рисунок 10 - Вариант схемы УВХ.
Конденсатор C1 выполняет роль накопительной емкости. В момент выборки, когда транзистор VТ1 открыт, происходит заряд емкости до мгновенного значения входного сигнала. После закрытия ключа на VТ1 наступает режим хранения, в течение которого конденсатор C1 разряжается незначительным током утечки закрытого транзистора VТ1 и входным током операционного усилителя DA1. Последний включен по схеме неинвертирующего повторителя и обладает, как известно, большим входным сопротивлением (десятки мегом и более).
Проектирование УВХ начинают с выбора активных элементов схемы - диода, транзистора и ОУ. Транзистор следует подбирать с наименьшим сопротивлением канала в насыщенном состоянии, наименьшим током утечки и наименьшим напряжением отсечки
. Чем меньше , тем легче удовлетворяются требования к управляющим сигналам.Допустимое напряжение между стоком и истоком у транзистора
Диод выбирают импульсный, маломощный, с величиной обратного тока менее единиц микроампер.
В качестве ОУ рекомендуется использовать усилители с полевыми транзисторами на входах. Эти типы ОУ обладают большим входным сопротивлением и малым (десятки наноампер) входным током.
Расчет начинают с анализа режима выборки сигнала, когда конденсатор С1 заряжается через открытый ключ на транзисторе VT1. Ошибка
- выборки зависит от соотношения постоянной времени цепи заряда и времени выборки tв. Это позволяет установить максимально допустимое значение емкости С1: 
где
- выходное сопротивление источнике сигнала (фильтра низких частот или функционального преобразователя), Ом; 
- сопротивление открытого ключа, Ом; 
- относительная ошибка в режиме выборки.В режиме хранения происходит разряд емкости током Iут утечки транзистора VТ1 , входным током Iвх ОУ. Разряжается емкость также и через входное сопротивление ОУ ДА1.
Ошибка, возникшая в режиме хранения, зависит от величины емкости. Это позволяет определить минимально допустимое значение емкости накапливающего конденсатора С1:
где
- время хранения; 
- относительная ошибка хранения ; 
- суммарный ток утечки (равен суме тока утечки транзистора VТ1 и входного тока ОУ); 
- входное сопротивление повторителя напряжения.Требуемое значение емкости конденсатора С1 выбирают как
Величину сопротивления резистора R1 находят по формуле: