VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BNĚ Faklta elektrotechnky a komnkačních technologí BAKALÁŘSKÁ PÁCE Brno, 06 Vít Mškařík

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BNĚ BNO UNIVESITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTOTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ FACULTY OF ELECTICAL ENGINEEING AND COMMUNICATION ÚSTAV TELEKOMUNIKACÍ DEPATMENT OF TELECOMMUNICATIONS ČÍSLICOVĚ ŘÍZENÝ SS ZDOJ POUDU DIGITAL CONTOLLED DC CUENT SOUCE BAKALÁŘSKÁ PÁCE BACHELO'S THESIS AUTO PÁCE AUTHO Vít Mškařík VEDOUCÍ PÁCE SUPEVISO prof. Ing. Kaml Vrba, CSc. BNO 06

3 Bakalářská práce bakalářský stdjní obor Ado nženýrství Ústav telekomnkací Stdent: Vít Mškařík ID: očník: Akademcký rok: 05/6 NÁZEV TÉMATU: Číslcově řízený ss zdroj prod POKYNY PO VYPACOVÁNÍ: Navrhněte číslcově řízený zdroj prod 0 až A pracjící na prncp nepřímého převodník D/A. Systém realzjte v prodovém mód tak, aby se neplatnl odpor požtého elektronckého spínače. Nejprve vyberte vhodný zdroj referenčního prod podle teplotních a šmových vlastností popř. teplotní vlastnost zlepšete místěním do termostatovaného prostor. Na základě znalost výsledných vlastností referenčního zdroje prod pak odvoďtě nejvyšší možné rozlšení nepřímého převodník D/A. Analogovo část číslcově řízeného zdroje prod navrhněte a ověřte počítačovým smlacem a také expermentálně. DOPOUČENÁ LITEATUA: [] TIETZE, U.; SCHENK, CH. Electronc Crcts. Desgn and Applcatons. Sprnger -Verlag Berln, Hedelberg,99. ISBN X [] BU-BOWN. Implementaton and Applcatons of Crrent Soces ecevers. Applcatons Blletn. Texas Instrments Incorporated, 000 [] BETEMES-FILHO,P; FELIPE, A.; VINCENC,V.C. Hgh Accrate Howland Crrent Sorce: Otpt Constrants Analyss. Crcts and Systems No. 4, 0, p Termín zadání:..06 Termín odevzdání:.6.06 Vedocí práce: Konzltant bakalářské práce: prof. Ing. Kaml Vrba, CSc. doc. Ing. Jří Mšrec, CSc., předseda oborové rady UPOZONĚNÍ: Ator bakalářské práce nesmí př vytváření bakalářské práce poršt atorská práva třetích osob, zejména nesmí zasahovat nedovoleným způsobem do czích atorských práv osobnostních a msí s být plně vědom následků poršení stanovení a následjících atorského zákona č. /000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z stanovení část drhé, hlavy VI. díl 4 Trestního zákoník č.40/009 Sb. Faklta elektrotechnky a komnkačních technologí, Vysoké čení techncké v Brně / Techncká 058/0 / / Brno

4 ABSTAKT Tato bakalářská práce s klade za cíl seznámt s problematko číslcově řízených zdrojů prod, jejch jednotlvých částí, možností jejch konstrkce a porovnáním vlastností těchto konstrkčních řešení. V prác jso rozebrány a popsány jednotlvé část potřebné ke konstrkc číslcově řízeného stejnosměrného zdroje prod, nch vedeny hlavní návrhové vztahy a možná dosažená přesnost. Dále jso vedeny vybrané konstrkční řešení jednotlvých částí, jejch obvodové řešení s výpočtem hodnot jednotlvých obvodových prvků. V závěr je prezentováno výsledné zapojení, výsledky počítačových smlací fnkčnost obvod, návrh konstrkčního řešení a naměřené výsledné parametry fyzcky zkonstrovaného zařízení. KLÍČOVÁ SLOVA D/A převodníky, elektroncké přepínače, napěťové reference, prodové reference, převodníky napětí na prod, zdroje prod, fltry ABSTACT Ths bachelor thess ams to get acqanted wth the sse of nmercally controlled crrent sorces, ndvdal parts of them, ther desgn optons and comparson of the propertes of these desgn optons. In ths thess the ndvdal parts needed to constrct a nmercally controlled DC crrent sorces are analyzed and descrbed, there are ther man desgn relatonshps and possble acheved accrancy too. In next part there are descrbed selected desgn optons and calclaton vales of crct elements. In conclson there s presented the fnal schematc of whole sorce, reslt of compter fncton smlaton, PCB desgn and measred parameters of really blt crct of nmercally controlled crrent sorce. KEYWODS Crrent reference sorces, crrent sorces, D/A convereters, electronc swtches, voltage controlled crrent sorces, voltage reference sorces, flters MIŠKAŘÍK, Vít Číslcově řízený ss zdroj prod: bakalářská práce. Brno: Vysoké čení techncké v Brně, Faklta elektrotechnky a komnkačních technologí, Ústav telekomnkací, s. Vedocí práce byl prof. Ing. Kaml Vrba, CSc.

5 POHLÁŠENÍ Prohlašj, že svo bakalářsko prác na téma Číslcově řízený ss zdroj prod jsem vypracoval(a) samostatně pod vedením vedocího bakalářské práce a s požtím odborné lteratry a dalších nformačních zdrojů, které jso všechny ctovány v prác a vedeny v seznam lteratry na konc práce. Jako ator(ka) vedené bakalářské práce dále prohlašj, že v sovslost s vytvořením této bakalářské práce jsem neporšl(a) atorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl(a) nedovoleným způsobem do czích atorských práv osobnostních a/nebo majetkových a jsem s plně vědom(a) následků poršení stanovení S a následjících atorského zákona č. /000 Sb., o práv atorském, o právech sovsejících s právem atorským a o změně některých zákonů (atorský zákon), ve znění pozdějších předpsů, včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z stanovení část drhé, hlavy VI. díl 4 Trestního zákoník č. 40/009 Sb. Brno podps atora(-ky)

6 PODĚKOVÁNÍ ád bych poděkoval vedocím bakalářské práce pan prof. Ing. Kaml Vrbov, CSc. za odborné vedení, konzltace, trpělvost a podnětné návrhy k prác. Brno podps atora(-ky)

7 Faclty of Electrcal Engneerng and Commncaton Brno Unversty of Technology Prkynova 8, CZ-600 Brno Czech epblc PODĚKOVÁNÍ Výzkm popsaný v této bakalářské prác byl realzován v laboratořích podpořených z projekt SIX; regstrační číslo CZ..05/..00/0.007, operační program Výzkm a vývoj pro novace. Brno podps atora(-ky)

8 OBSAH Úvod Teoretcká část. Převodníky D/A Nepřímý převod s mezpřevodem na poměr šířky a perody mplzů Nepřímý převod s mezpřevodem na počet mplzů konstantní šířky Nepřímý převod s delta-sgma modlací Elektroncké přepínače eferenční zdroje prod eferenční zdroje napětí Napěťové reference se Zenerovo dodo Napěťové reference vyžívající šířk zakázaného pásma tranzstor Srovnání ntegrovaných referenčních zdrojů napětí Převodníky napětí na prod Převodníky napětí na prod pro plovocí (nezemněno) zátěž 0.5. Převodníky napětí na prod pro zemněno zátěž Výběr řešení jednotlvých částí ke konstrkc 5. Zdroj referenčního napětí Převodník napětí na prod Elektroncký přepínač Fltr - dolní propst Výstpní zeslovač Číslcové ovládání Výsledky smlací, konstrkce, výsledky měření a ověření parametrů 46. Výsledky počítačových smlací Konstrkce Výsledky měření a ověření parametrů Závěr 64 Lteratra 65

9 Seznam příloh 67 A Obsah přloženého CD 68

10 SEZNAM OBÁZKŮ. Blokové schéma převodník s mezpřevodem na poměr šířky mplz k perodě Blokové schéma převodník s mezpřevodem na frekvenc mplzů konstantní šířky Blokové schéma delta-sgma převodník Schéma zdroje prod s tranzstorem Náhradní model zdroje prod s tranzstorem Schéma teplotně kompenzovaného zdroje prod s tranzstorem Zjednodšené schéma vntřního zapojení ntegrovaného obvod EF Zdroj prod s požtím obvod EF Zdroj prod s nlovým teplotním koefcentem s požtím obvod LM Stablzovaný zdroj s referenční dodo Stablzovaný zdroj s referenční dodo a teplotní kompenzací Stablzovaný zdroj s referenční dodo doplněný zdrojem konstantního prod Stablzovaný zdroj s referenční dodo a operačním zeslovačem Graf závslost teplotního koefcent na Zenerově napětí [6] Napěťová reference vyžívající šířk zakázaného pás tranzstor Napěťová reference vyžívající šířk zakázaného pás tranzstor, napájení tranzstorů z výstpního reglovaného napětí Zapojení zdroje prod řízeného napětím Převodník napětí na prod pro zemněno zátěž Převodník napětí na prod pro zemněno zátěž s potlačením sohlasného napětí Převodník napětí na prod pro zemněno zátěž s potlačením sohlasného napětí a prodovým poslovačem na výstp Schéma zapojení zdroje referenčního napětí s obvodem LTZ Schéma zapojení navrženého převodník napětí na prod Schéma zapojení navrženého fltr - nekaskádní strktra Schéma zapojení výstpního zeslovače Schéma zapojení číslcové část obvod Smlace přenosové charakterstky fltr dolní propst Smlace odezvy fltr na jednotkový skok Smlace závslost výstpního prod na velkost zátěže Schéma výsledného zapojení celého zařízení Obrazec desky plošných spojů - strana sočástek

11 .6 Obrazec desky plošných spojů - strana spojů Osazovací plánek - strana sočástek Osazovací plánek - strana spojů Schéma zapojení číslcové část obvod Osazovací plánek - strana sočástek Osazovací plánek - strana sočástek Obrazec desky plošných spojů Převodní charakterstka - rozsah 0mA Převodní charakterstka - rozsah 00mA Převodní charakterstka - rozsah A Naměřená přenosová charakterstka fltr dolní propst

12 SEZNAM TABULEK. Srovnání vybraných ntegrovaných elektronckých spínačů Srovnání vybraných ntegrovaných referenčních zdrojů prod..... Srovnání vybraných ntegrovaných referenčních zdrojů napětí Seznam požtých sočástek Seznam požtých sočástek - pokračování Naměřené hodnoty - převodní charakterstky Naměřené hodnoty - převodní charakterstky - pokračování Naměřené hodnoty - převodní charakterstky - pokračování Naměřené hodnoty závslostí výstpního prod na velkost zátěže. 6.7 Naměřené hodnoty závslost výstpního prod na okolní teplotě.. 6

13 ÚVOD Tato práce se věnje teoretcké přípravě, návrh, pops konstrkce a měření výsledných parametrů fyzcky zkonstrovaného stejnosměrného číslcově řízeného zdroje prod. Členěna je na sekce podle jednotlvých fází přípravy na konstrkc a následné konstrkce, jednotlvé sekce jso dále členěny podle jednotlvých konstrkčních částí, nchž je vedeno několk možností jejch realzace, tyto jso popsány a strčně rozebrány. U částí, které mají verz v ntegrovaném provedení, je veden přehled vybraných zástpců těchto obvodů s porovnáním jejch parametrů. V první sekc a její první část jso popsány možnost převod číslcového sgnál na analogový nepřímým metodam, s tím je spojena také problematka elektrcky ovládaných přepínačů nezbytných ke konstrkc nepřímých číslcově-analogových převodníků. V část následjící je zkomána oblast generování referenčního prod, jako alternatva k získání referenčního prod je zde část zaměřená na zdroje referenčního napětí a s tím spojený převod napětí na prod. V sekc drhé je proveden výběr nejvhodnějších řešení s přhlédntím na požadavky na přesnost a stálost celého zařízení, návrh obvodového řešení těchto částí a výpočet hodnot jednotlvých obvodových prvků. Poslední sekce je věnována počítačovým smlacím fnkčnost zapojení, návrh konstrkce, pops fyzckého zkonstrování, ověření fnkčnost a měření parametrů a charakterstk výsledného zapojení.

14 TEOETICKÁ ČÁST. Převodníky D/A Dgtálně-analogový (číslcově-analogový) převod lze provést mnoha způsoby, tyto dle prncp převod rozděljeme na do dvo základních skpn. U přímých D/A převodníků každý bt ovládá spínaní napětí (prod) o hodnotě odpovídající váze tohoto bt. Výsledná analogová hodnota je dána sočtem těchto jednotlvých dílčích napětí (prodů). Váhování těchto napětí (prodů) je realzováno sítí rezstorů (-, n ), což vyžadje vysoko přesnost požtých rezstorů ve velkém rozsah hodnot. [7] U nepřímých D/A převodníků se vyžívá mezpřevod na měronosno pomocno velčn. Aby mělo požtí nepřímého převod smysl, je ntné, aby měronosná velčna byla realzovatelná přesněj než požadovaný výstpní prod (výstpní napětí). Nejčastěj je k tomto požt pravoúhlý mplzní sgnál, něhož může být měronosno velčno střída (poměr šířky a perody mplz) nebo počet mplzů konstantní šířky. Převod na tyto měronosné velčny lze velm jednodše realzovat pomocí mkroprocesor č jného programovatelného ntegrovaného obvod, přesnost a stablta takového převod závsí na přesnost generátor kmtočt, jímž je převodník řízen. [7] Př porovnání nepřímých metod převod s metodam přímým zjšťjeme, že nepřímých metod dosáhneme lepších vlastností a vyšší přesnost př požtí jednodšších prostředků oprot přímém převod. Přímé převodníky jso většno rychlejší, ale nelze dosáhnot tak vysokého btového rozlšení, př požadovaném rozlšení více než 0 btů je ntné požít nepřímý převodník. Jsto nevýhodo nepřímých metod převod vyžívajících mezpřevod na pravoúhlý mplzní sgnál je ntnost požít výstpní fltr (dolní propst), abychom z mplzního sgnál získal jeho střední hodnot, jejíž velkost odpovídá vstpním dgtálním čísl. Tato nevýhoda je ovšem vyvážena vysoko přesností, dlohodobo časovo teplotní stablto.[7].. Nepřímý převod s mezpřevodem na poměr šířky a perody mplzů Nepřímý číslcově analogový převodník s mezpřevodem na poměr šířky a perody mplzů (stříd) je mez metodam nepřímého číslcově analogového převod nejznámějším a nejrozšířenějším. Díky své vysoké přesnost, lneartě a stabltě výstpního napětí nalézá své platnění především v aplkacích, kde tyto požadavky nelze splnt žádným z přímých číslcově analogových převodníků. Určto protváho k

15 vysoké přesnost může být rychlost převodník, která nepatří k nejvyšším. Na obrázk. je vyobrazeno blokové schéma kazjící prncp této metody nepřímého převod. Vstpní číslo D je převáděno na pomocný pravoúhlý sgnál m(d), jehož šířka v poměr s perodo představje měronosno velčn. Výhodo je, že dlohodobá nestablta referenčního kmtočt f r neovlvňje tto měronosno velčn. Sgnálem m(d) je řízen elektroncký přepínač, kterým je spínáno referenční napětí (prod) přváděné na výstpní fltr (obvod pro získání střední hodnoty - DP), na jehož výstp je napětí U(D) o velkost odpovídající střední hodnotě vstpního pravoúhlého sgnál, která je přímo úměrná střídě tohoto sgnál.[7] Generátor referenčního kmtočt eferenční zdroj prod (napětí) fr U r (resp. I r) D Číslcový mezpřevod D m(d) m(d) Elektroncký přepínač m(d) S (t) D S (t) D Obvod pro získání střední hodnoty S (t) U (D) D U (D) Obr..: Blokové schéma převodník s mezpřevodem na poměr šířky mplz k perodě.. Nepřímý převod s mezpřevodem na počet mplzů konstantní šířky Tato metoda nepřímého převod je také založena na vytvoření střední hodnoty pravoúhlého mplzního sgnál vznklého spínáním referenčního zdroje napětí (prod). Na obrázk. je zobrazeno blokové schéma takto provedeného převodník. Jeho podoba je téměř dentcká s blokovým schématem převodník vyžívajícího mezpřevod na poměr šířky mplz k perodě (Obr..), odlšje se poze v číslcové část, kde je proveden převod čísla D na mplzní sgnál h(d), jehož měronosno velčno je počet mplzů konstantní šířky v jedné perodě. Tímto sgnálem je ovládán elektroncký přepínač, jehož výstpem je mplzní sgnál s(t) o výšce mplzů odpovídající velkost referenčního napětí (prod). Počt mplzů se stejno šířko v jedné perodě je přímo úměrná střední hodnot tohoto sgnál, ktero dostaneme jeho ntegrací. Pokd nebde šířka jednotlvých mplzů jen malo částí perody, nebde dosaženo dostatečné rozlšovací schopnost.[7] 4

16 Převod vstpního čísla D na počet mplzů konstantní šířky lze provádět mnoha různým způsoby, v porovnání s mezpřevodem na poměr šířky mplz k perodě však př stejné rozlšovací schopnost dojdeme ke složtějším zapojením. Jedno z možností je realzace pomocí mkroprocesor, který dekrementje vstpní číslo D než dosáhne hodnoty nla. Př každé dekrementac se na výstp pošle jeden mplz o konstantní šířce. Po dosažení nly zůstává výstp nesepnt až do konce perody. Tato metoda však zamezí vyžtí mkroprocesor k dalším čnnostem, neboť jej plně zaměstná tímto převodem. Řešením je přenechaní převod perferním obvod přpojeném k mkroprocesor.[7] Tyto převodníky nepřnáší žádno podstatno výhod ve srovnání s převodníkem vyžívajícím mezpřevod na poměr šířky mplz k perodě, proto nejso přílš rozšířeny. Generátor referenčního kmtočt eferenční zdroj prod (napětí) fr U r (resp. I r) D Číslcový mezpřevod D h(d) h(d) Elektroncký přepínač h(d) s(t) s(t) Obvod pro získání střední hodnoty s(t) U (D) U (D) Obr..: Blokové schéma převodník s mezpřevodem na frekvenc mplzů konstantní šířky.. Nepřímý převod s delta-sgma modlací Základní sočástí nepřímých delta-sgma D/A převodníků je delta-sgma modlátor, na jehož výstp je, stejně jako v předcházejících případech, pravoúhlý mplzní sgnál, něhož je měronosná velčna poměr mez vysoko a nízko úrovní v jedné perodě. Tímto sgnálem je ovládáno přpojování referenčního zdroje napětí (prod) elektronckým přepínačem, na jeho výstp je sgnál s totožným průběhem, jen s rozdílem, že jeho výška je dána velkostí referenčního napětí (prod). Střední hodnota tohoto sgnál je získána jeho ntegrací ve výstpním fltr (DP). Delta-sgma modlace je opět nejčastěj prováděna mkroprocesorem. Základní blokové schéma převodník s delta-sgma modlací je znázorněno na obrázk.. Komparátor, stejně jako analogové verze, rozhodje, zda je hodnota na jeho vstp vyšší nebo nžší než rčtá hodnota, podle toho na jeho výstp je jednobtový sgnál o úrovn vysoké 5

17 (H) nebo nízké (L). Za účelem získání tohoto jednobtového sgnál v dgtálním modlátor lze poze vzít nejvýznamnější bt vstp komparátor, ten v podstatě vypovídá o výstpním sgnál, zda bde H č L. Požtý jednobtový DDC (dgtálně dgtální převodník) má za úkol podle úrovně jeho vstp na výstp nastavt bď nejnžší (0000h) nebo nejvyšší hodnot dgtálního sgnál (FFFFh - příklad pro 6 btů). [4] ozdíl egstr Komparátor D Sočet D Q MSB Elektroncký přepínač Obvod pro získání střední hodnoty U (D) Zdroj referenčního napětí (prod) U (I ) -bt DDC Generátor referenčního kmtočt f Obr..: Blokové schéma delta-sgma převodník. Elektroncké přepínače V všech popsaných zapojeních nepřímého převodník je požt ke spínání referenčního napětí (prod) elektrcky ovládaný přepínač. Nejdůležtějším parametry, které bdo největší měro ovlvňovat přesnost převodník, jso odpor v sepntém stav ON, čas zapntí t on (prodleva mez ovládacím sgnálem a sepntím výstp) a čas vypntí t off (prodleva mez ovládacím sgnálem a rozepntím výstp). Odpor spínače bde mít menší vlv na přesnost převodník př spínání prod než př spínání napětí, proto se bdeme snažt navrhnot zapojení s vyžtím referenčního zdroj prod než s požtím referenčního zdroje napětí. 6

18 Tab..: Srovnání vybraných ntegrovaných elektronckých spínačů Název Výrobce ON Max. napětí Max. prod t on t off Ω V ma ns ns ADP96 Analog Dev. 0,0 5, ,8 ADP90 Analog Dev. 0,,6 ±500 0,006 0, MAX4689 Maxm 0,5 ±5, 5 ±500 0,005 0,085 TSA459 Texas Inst. 0,6 ±0, 5 ±00 0 MAX476 Maxm 0,4 4 ±00 6 TSA5 Texas Inst. 0,45-0,; +4, ± TSA457 Texas Inst. 0,5 ±0, 5 ±00 0 MAX467 Maxm 0,5 5,5 ± DG40 Intersl 4 ±5 ± eferenční zdroje prod Nejjednodšším typem zdroje konstantního prod je tranzstor. Př konstantním bázovém prod B je kolektorový prod C tranzstor konstantní v šrokém rozsah napětí CE. Příklad realzace zdroje konstantního prod s tranzstorem je kázán na obrázk.4. [9] U N Z Z Z CE B BE E E E Obr..4: Schéma zdroje prod s tranzstorem Z náhradního model pro střídavé změny (obrázek.5) rčíme dferencální vntřní odpor. r CE = Δ CE Δ C 7

19 r V = Δ Z Δ Z Δ Z = Δ C Δ Z Δ CE r V = Δ CE Δ C Δ C = SΔ BE + Δ CE Δr CE Δ BE = Δ B ( ) Δ E E = Δ B ( (Δ B + Δ C )) E Δ BE = Δ B ( + E ) Δ C E = Δ BE ( + E ) Δ C E r BE Δ BE = Δ C E + + E r BE Δ C r BE E = + r BE + E SΔ C r BE E Δ C = + Δ CE + r BE + E Δ C ( + Δr CE Sr BE E + r BE + E ) = Δ CE Δr CE r V = Δ CE Sr BE E = r CE ( + ) Δ C + r BE + E C = B Z BE r BE S r CE BE CE Z Z E E E Obr..5: Náhradní model zdroje prod s tranzstorem Pro dosažení co největšího vntřního odpor je vhodné volt dělč << r BE + E. Pokd emtorový odpor bde mnohem větší než odpor báze-emtor tranzstor, r V r CE ( + Sr BE = r CE ( + β) r CE β. Nesmíme však zvolt emtorový odpor E přílš velký, vznkl by na něm velký úbytek napětí, proto volíme kompromsní hodnot. Abychom zajstl čnnost tranzstor s velkým r CE, je třeba napětí 8

20 CE o velkost mnmálně V. Z toho plyne, maxmální napětí na zátěž a také velkost zátěže může být Zmax = U N E CE, Zmax = Zmax Z. Změn výstpního prod se změno teploty můžeme vypočíst ze vztah (předpokládejme ΔU N /ΔT = 0, Δ BE /ΔT = mv/ C) Δ BE ΔT ΔU Δ N Δ BE Z ΔT = + ΔT ΔT = 0 A/ C E E E Takto navržený zdroj je ovšem slně teplotně závslý, řešením je požít v bázovém dělč další tranzstor zapojený jako dod. Příklad takového řešení je zobrazen na obrázk.6. Pokd bdo oba tranzstory teplotně svázány (např. v jednom pozdře na stejném sbstrát), sníží se teplotní závslost celého zapojení. Pokd tranzstory bdo mít dostatečně velký prodový zeslovací čntel β, bázové prody b a b lze zanedbat. Aby docházelo k teplotní kompenzac tranzstorů, be = be E = E. Dle úvah, vz výše, volíme odpor E co nejvyšší, ale zase na něm nesmí vznknot přílš velký úbytek napětí (v závslost na napájecím napětí). V případech velkého rozsah zatěžovací mpedance na ní bde vznkat velký rozkmt napětí, msíme proto volt emtorové odpory co nejnžší ( E = E = 00 až 00 Ω, př velké shodě tranzstorů můžeme volt až E = E = 0 Ω), což sce sníží hodnot vntřního odpor r V CE 50 až 00 kω, ale než požít zdroj napětí a převod na prod, je toto stále výhodnější. [0] U N C Z Z Z BE B B BE E E E E E Obr..6: Schéma teplotně kompenzovaného zdroje prod s tranzstorem Dalším příkladem realzace referenčního zdroje prod je zapojení požté v ntegrovaném obvod EF00, jehož schéma je vedeno na obrázk.7. Co nejnžšího 9

21 teplotního koefcent je dosaženo sčítáním prodů s kladným teplotním koefcentem s prodem se záporným teplotním koefcentem. Prody s kladným teplotním koefcentem jso generovány zapojením vyžívajícím šířk zakázaného pásma tranzstor. Prodové zrcadlo T T ntí protékat totožné prody tranzstory T 7 a T 8, který má 8x větší ploch přechod. Ze vztah k absoltní teplotě rozdíl napětí mez emtory k T ln(8) na rezstor hodnoty 4 kω vyvolá prod kolem μa. Protože q tranzstory T 0 a T 7 jso párované, totéž platí T a T 4, shodný prod bde protékat všem větvem T až T 4. Prod větví T 4 ovlvňje zdroj prod sestávající z tranzstorů T a T. Prod se záporným teplotním koefcentem z tranzstor T je přčítán k výstp. ezstory v ntegrovaném obvod jso laserem dostavovány na patřčno hodnot, aby bylo dosaženo co nejmenšího teplotního koefcent. [6] 00A +U 5k T T T T 4 T T 4 T 5 T 6 T 9 T T 7 T 8 T 0 T 8x 4k k -U Obr..7: Zjednodšené schéma vntřního zapojení ntegrovaného obvod EF00 0

22 Příklad žtí tohoto ntegrovaného obvod je veden na obrázk.8. V tomto zapojení lze dosáhnot výstpního prod I OUT = N 00 μa, kde prod 00 μa je dán prodovo referencí v obvod EF00 a N = /. [6] I OUT =N.00A (N. ) 0nF 00A -U Obr..8: Zdroj prod s požtím obvod EF00 Dalším možným řešením referenčního zdroje prod je zapojení na obrázk.9, které vyžívá ntegrovaný obvod LM4. +U +U I SET I BIAS -U U I U D I SET I Obr..9: Zdroj prod s nlovým teplotním koefcentem s požtím obvod LM4 Př správném návrh tohoto obvod lze dosáhnot nlového teplotního koefcent. Základní prncp spočívá v dosažení rovnováhy mez kladným teplotním koefcentem

23 obvod LM4 (kolem +0, mv/ C) a záporným teplotním koefcentem křemíkové dody pólované v propstném směr (kolem -,5 mv/ C). Nastavovaný prod I SET je sočtem prodů I, I a I BIAS. I SET = I + I + I BIAS, kde I = U a I = U +U D. Pro návrh zdroje s nlovým teplotním koefcentem požjeme následjící rovnce (I BIAS je pro výpočet zahrnt v I, napětí U proto ve výpočt zvýšíme o 5,9 % [5]). I SET = I + I di SET dt = di dt + di dt 7 μv/ C + 7 μv/ C, 5 mv/ C = 0, 5 mv/ C 7 μv/ C 7 μv/ C 0 Máme-l získán poměr odporů /, můžeme vyčíslt jejch hodnoty pro dosažení požadovaného výstpního prod I SET. Př 5 C je dfzní napětí na dodě 0,6 V (U D ), napětí na odpor je 67,7 mv (64 mv+5,9 % pro pro zanedbání I BIAS ) a / = 0. [5] I SET = I + I + I BIAS = U + U + U D 67, 7 mv + 67, 7 mv + 0, 6 V 0 0, 4 V I SET Konečné dostavení teplotního koefcent na nl se provádí až př provoz zařízení a zjštění sktečného teplotního jíždění dostavením hodnoty rezstor.[5] Tab..: Srovnání vybraných ntegrovaných referenčních zdrojů prod Název Výrobce ef. prod Tolerance Teplotní stablta μa % %/ C EF00 Texas Inst. 00 0,5 0,005 LM4 Texas Inst , LM4 Texas Inst , LM4 Texas Inst ,

24 .4 eferenční zdroje napětí.4. Napěťové reference se Zenerovo dodo Nejjednodšší způsob získání referenčního napětí je přpojení referenční (Zenerovy) dody na nestablzované napětí přes sérový rezstor. (Obr..0) Z U ZD ZD Z D Z Obr..0: Stablzovaný zdroj s referenční dodo Kvalta takto stablzovaného napětí je charakterzována míro potlačení změn napájecího napětí ΔU N /Δ ZD - čntel stablzace, který je obvykle dáván v decbelech. ΔU N = + Δ ZD r ZD r ZD = , (.) kde r ZD je dynamcký odpor referenční dody ve zvoleném pracovním bodě. Zvyšování odpor nepřnese zlepšení stablzace. Důležtým aspektem př volbě pracovního bod je šm na zenerově napětí, který se markantně zvyšje př malých prodech. Hodnota rezstor je tedy volena tak, aby dodo protékal patřčný prod jak př nejnžším napájecím napětí tak př maxmálním odebíraném prod. Takto navržený stablzátor je však slně teplotně závslý, přdáním opačně pólované dody sérově k Zenerově dodě dojde ke kompenzac teplotních koefcentů. Toto zlepšení je kázáno na obrázk.. [6] Z ZD D Z U D ZD Z D Obr..: Stablzovaný zdroj s referenční dodo a teplotní kompenzací

25 Zlepšení stablzace dosáhneme nahrazením sérového rezstor zdrojem prod (Obr..). Tímto způsobem může být dosaženo čntele stablzace až Z ZD D Z U N D ZD Z Obr..: Stablzovaný zdroj s referenční dodo doplněný zdrojem konstantního prod U N U EF U D ZD Z Obr..: Stablzovaný zdroj s referenční dodo a operačním zeslovačem Další metodo k zajštění konstantního prod protékajícího dodo je její přpojení na stablzované napětí. Toto zapojení (Obr..) poskytje výstpní napětí ( U ref = + ) U ZD (.) které je vyšší než napětí na referenční dodě U ZD. Konstantní prod protékající dodo je roven I ZD = (U EF U ZD )/. V tomto zapojení je čntel stablzace závslý hlavně na zvlnění napájecího napětí D = ΔU b /ΔU O operačního zeslovače, kde je U O je rozdíl napětí mez vstpy operačního zeslovače.[6] Požtím vztahů ΔU O = ΔU P ΔU N (.) ΔU P = r ZD r ZD + ΔU EF (.4) 4

26 a ΔU b = ΔU N získáme ΔU N ΔU EF ΔU N = ( r ZD D ) r ZD ΔU EF (.5) D + D [6] (.6) Tímto zapojením lze dosáhnot hodnot čntele stablzace cca Pokd je vstpní napětí 0V, výstpní stablzované napětí bde kolísat poze v rozmezí mv. Větší výkyvy výstpního napětí moho způsobt změny teploty. elatvní teplotní koefcent Zenerovy dody je cca ± 0 /K.Pro malá Zenerova napětí je záporný, pro větší je naopak kladný. Typcký průběh závslost teplotního koefcent na Zenerově napětí je zobrazen na obrázk.4.[6] Teplotní koefcent [ / C] 0,5 0 0, U Z D [V] Obr..4: Graf závslost teplotního koefcent na Zenerově napětí [6] Můžeme pozorovat, že teplotní koefcent má nejnžší hodnot pro Zenerova napětí v okolí 6V. Pro vyšší hodnoty Zenerových napětí může být snížen požtím sérově přpojené dody v propstném směr. Integrované provedení tohoto drh jso dostpné jako referenční dody, ve většně případů je však v ntegrovaném obvod zdroje referenčního napětí obsahjícím referenční dody požto zapojení z Obr.. Zde je dosaženo teplotního koefcent až 0 6 /K = ppm/k.[6] 5

27 .4. Napěťové reference vyžívající šířk zakázaného pás tranzstor Napětí na dodě pólované v propstném směr nebo na přechod báze-emtor bpolárního tranzstor lze taktéž požít jako zdroj referenčního napětí. Ncméně, teplotní koefcent -mv/ C na 0,6V je přílš vysoký. Tento může být kompenzován přdáním napětí s teplotním koefcentem +mv/ C. Typcký zapojení takového obvod je zobrazeno na obrázk.5, kde napětí s opačným teplotním koefcentem je generováno drhým tranzstorem. [6] n T C C BE U N BE T EF BE Temp Obr..5: Napěťová reference vyžívající šířk zakázaného pás tranzstor U EF = U BG.05V (.7) U T EMP mv T (.8) K Tranzstory T a T jso řízeny rozdílným kolektorovým prody; I C > I C. Z přenosové charakterstky získáme úbytek napětí na ΔU BE = ΔU BE ΔU BE = U T ln I C I C (.9) Toto napětí je úměrné U T a protože U T = kt/q, je úměrné také přímo absoltní teplotě T. Úbytek napětí na rezstor není dán poze prodem I C = ΔU BE /, ale také prodem I C, který tímto rezstorem protéká také. Operační zeslovač zajstí U = 0, proto I C = ni C. Z toho plyne 6

28 U T EMP = (I C +I C ) = ΔU BE (+n) = U T (+n) ln(n) = AU T [6] (.0) Nyní máme možnost dosáhnot lbovolného koefcent A = ( + n)ln(n) / volbo vhodných hodnot n a /. Pro U T EMP dosáhneme teplotního koefcent +mv/k volbo A, neboť du T EMP dt = A du T dt = Ak q = AU T T 6mV 00K = +mv/k[6] (.) Teoretcká hodnota teplotního koefcent bpolárního tranzstor je dv T EMP /dt mv/k (.) kde U BG = E g le 0 =, 05V je napětí zakázaného pás křemíkového tranzstor, E g je šířka zakázaného pás. Teplotní koefcent výstpního napětí U EF = U T EMP + U BE je nlový pokd U EF = AU T + U BE = U BG =, V (.) Za stejný čas je toto precznější a na nastavení jednodšší požadavek než nastavovat koefcent A na nějako vypočteno hodnot. Pro obvody s požtím dskrétních sočástek zapojených podle Obr..5 dosáhneme vhodných hodnot sočástek volbo I C = 0I C. V takovém případě je vhodné =. Pro dosažení dobrého spárování tranzstorů T a T je ntné požít dvojtý tranzstor, např.: LM94.[6] Zdroje referenčního napětí vyžívající šířk zakázaného pás tranzstor s požtím dskrétních sočástek se požívají jen velm výjmečně ve zvláštních případech, na trh je totž k dostání šroká nabídka rozlčných ntegrovaných provedení těchto obvodů. Tranzstory T a T ve schémat na Obr..5 někdy pracjí se stejným kolektorovým prody, požadovaný rozdíl v prodech pak msí být dosažen přpojením několka tranzstorů paralelně k T.[6] Největší přínos v porovnání s referenčním dodam je, že napěťové reference vyžívající šířk zakázaného pás moho pracovat př nžších napětích, které smí klesnot k napětí zakázaného pás U BD.V. eferenční dody na drho stran vyžadjí napětí kolem 6,4V a vyšší. Zdroje referenčního napětí jné velkost než napětí zakázaného pás lze vytvořt podobným zapojením jen s malo změno, kde se zpětnovazební napětí na báze tranzstorů přvede z odporového dělče přpojeného na výstpní napětí (Obr..6) oprot přímém přpojení v předchozím případě. V zapojení podle Obr..6 je jako zdroj referenčního napětí pro tranzstory T a T požto výstpní reglované napětí. Tato úprava přnáší zlepšení reglace výstpního napětí oprot zapojení z Obr..5.[6] 7

29 n T C C 5 BE BE T EF BE Temp 4 BG Obr..6: Napěťová reference vyžívající šířk zakázaného pás tranzstor, napájení tranzstorů z výstpního reglovaného napětí 8

30 .4. Srovnání ntegrovaných referenčních zdrojů napětí Typ v tablce označený se zapojje stejně jako referenční doda (dva hlavní vývody) - vyžadje sérový předřadný odpor. Typ označený tento předřadný rezstor jž obsahje v sobě - výstpní napětí se odebírá ze specálního vývod (tř hlavní vývody). Tab..: Srovnání vybraných ntegrovaných referenčních zdrojů napětí Název Výrobce ef. U Tolerance Tep. stab. Výst. I Typ V % ppm/ C μa LTZ000 Ln. Techn ,05 - LM99 Ln. Techn. 6,95 0, MAX64 Maxm 4,096 0, MAX650 Maxm 5 0, AD588 Analog D. 0 0,0, AD688 Analog D. 0 0, MAX64A Maxm 4,096 0, MAX650A Maxm 5 0, LTC6655 Ln. Techn. 5 0, EF98 Analog D. 4,096 0,05 45 EF9 Analog D.,5 0,08 45 MAX66A Maxm 5 0, LM440 Texas Inst.,5 0, 8000 EF0 Analog D. 5 0,5 400 EF0 Analog D. 0 0, 400 LM4 Texas Inst.,5 0, LM400 Texas Inst.,5 0, EF0 Analog D.,5 0, MC40 On Sem, NCV009 ON Sem,5 0, LT004-. Texas Inst.,5 0, EF4 Analog D.,5 0, LT009 Texas Inst.,5 0, EF Texas Inst.,5 0, TL406 ST Mcro,5 0,

31 .5 Převodníky napětí na prod.5. Převodníky napětí na prod pro plovocí (nezemněno) zátěž V nvertjícím nenvertjícím zapojení je prod tekocí zpětnovazebním rezstorem I = U / a je nezávslý na napětí na zpětnovazebním odpor. Obě zapojení moho být požty jako zdroj prod, pokd je zátěž Z přpojena na místo zpětnovazebního rezstor, jako je kázáno na obrázk.7(a) a obrázk.7(b).[6] U 0 U N Z U Z U U 0 (a) Invertjící zapojení (b) Nenvertjící zapojení Obr..7: Zapojení zdroje prod řízeného napětím Ideální přenosová fnkce: I = U / = I Vstpní mpedance: Z = Výstpní mpedance: Z 0 = A D j f Tf Ideální přenosová fnkce: I = U / Vstpní mpedance: Z = r D jωc CM Výstpní mpedance: Z 0 = A D j f Tf Vzhledem ke konečném zesílení otevřené smyčky operačního zeslovače A D výstpní odpor dosahje konečných hodnot, stejně jako rozdíl potencál U D = U P U N nedosahje přesně hodnoty nla. K vyčíslení výstpního odpor požjeme následjících vztahů vycházejících ze zapojení na obrázk.7(a) I = I = U U N U N = U 0 A D U = U N U 0, získáme I = U U ( + A D ) U U A D 0

32 a odtd vztah pro výstpní odpor r 0 = U I = A D, (.4) který je úměrný různým zesílením operačního zeslovače. Frekvenční charakterstka zesílení A D operačního zeslovače bez zpětné vazby má poměrně nízký mezní kmtočet (např. pro typ OZ 74 f ca 0 Hz), msíme proto vzít v úvah, že A D je na nízkých frekvencích komplexní. ovnce.4 msí být přepsána do její komplexní formy Z 0 = A D = A D + j ω ω CA j f T f.[6] (.5) Výstpní mpedance tedy může být reprezentována paralelní kombnací rezstor r 0 a kondenzátor c 0, proto úprava rovnce.5 do následjící podoby. Z 0 = A D + jω = r 0 A D ω ca jωc 0 [6] (.6) kde r 0 = A D a C 0 = A D ω ca = π f T. S operačním zeslovačem, který má A D = 0 5 a f T = MHz, získáme pro = kω výsledky r 0 = 00 MΩ a C 0 = 59 pf. Na frekvenc 0 khz je velkost výstpní mpedance snížena na 00 kω.[6] Stejné úvahy požjeme pro výstpní mpedanc zapojení dle Obr..7(b). Přestože jso některé elektrcké parametry znepokojvé, tato dvě zapojení ( Obr..7(a) a Obr..7(b)) se dobře hodí k mnoha požtím. Ncméně, obě mají velko nevýhod: zátěž Z msí být plovocí (nezemněná) - nesmí být přpojena na pevný potencál - jnak je výstp zeslovače č nvertjící vstp vyzkratován. Následjící zapojení přnáší řešení této nevýhody.[6].5. Převodníky napětí na prod pro zemněno zátěž Prncp zdroje prod řízeného napětím zobrazeného na obrázk.8 spočívá v tom, že výstpní prod je měřen pomocí úbytk napětí na rezstor 0. Výstpní napětí operačního zeslovače se nastaví na takovo hodnot, aby úbytek napětí na snímacím rezstor byl roven vstpním napětí. Ke stanovení výstpního prod vyžjeme Krchhoffovy zákony pro zly obvod. U 0 U N 4 U N = 0 U U P U P U Z = 0

33 U 0 U Z 0 + U P U Z I Z = 0 Zavedeme zjednodšjící podmínky = 4 = k, U N = U P těchto rovnc. 0 = nk + n a řešíme sostav Z = P = k + Z + k Z = 0 Z 0 + P Z k k + Z k +k + k + Z +k Z + 0 Z = k ( + k) 0 + Z k ( + k) 0 + k ( + k) (k + ) + Z k ( + k) Z k k + Z +k k Z Z ( + k) 0 Z 0 Z = ( ( + k) + k( + k ) ) + Z ( 0 + (k + )k ( + k) 0 0 k(k + ) k k ) Pro dosažení nezávslost výstpního prod na velkost zátěže, drhý člen v tomto vztah msí být nlový. To lze splnt, pokd = k 0 +k. [9] Splníme-l také 0 << k, výsledný vztah dostaneme do tvar Z k 0. (.7) p n Z 4 Z Z 4 Obr..8: Převodník napětí na prod pro zemněno zátěž Alternatva k vedeném zapojení je obvod zobrazený na obrázk.9, v němž oba operační zeslovače pracjí v nvertjícím zapojení, které potlačje vlv sohlasného napětí. Zatěžování zdroje řídícího napětí nezávsí na výstpním napětí U Z, tdíž nezávsí an na velkost zátěže Z.

34 5 Z Z Z Obr..9: Převodník napětí na prod pro zemněno zátěž s potlačením sohlasného napětí Ke stanovení výstpního prod opět vyžjeme Krchhoffovy zákony a vztah pro zesílení operačního zeslovače v nvertjícím zapojení z = 0 + = Z 0 Z ( 5 Z ) = 4 ( + 5 Z ), dosadíme-l za získáme Z = 0 4 ( + 5 Z ) Z 0 Z 5 = ( ) Z. Abychom získaný vztah zjednodšl, zvolíme = /k, = = 4 =, potom z = k + ( ) z Aby výstpní prod nezávsel na napětí na zátěž, msí se drhý člen vztah rovnat nle = 0 5 = 0 Pokd zvolíme >> 0, bde 5. Výsledný vztah pro výstpní prod tedy bde Z = k 0. (.8) Aby byly dodrženy podmínky požté př odvozování, msíme 0 zvolt s malo hodnoto (méně než Ω ). Tím splníme podmínk >> 0 a navíc př velkých výstpních prodech na něm nevznkne velký úbytek napětí. Operační zeslovač v

35 zapojení dokáže do zátěže dodat ovšem jen malý prod (dle požtého typ operačního zeslovače cca 5mA), proto je ntné výstp zapojení opatřt prodovým poslovačem, který dokáže do zátěže dodat potřebný prod. Schéma takového zapojení je zobrazeno na obrázk.0. Výhoda takto spořádaného zapojení spočívá v zařazení prodového poslovače v přímé větv zpětnovazební smyčky operačního zeslovače, čímž tom se neplatní jeho nelnearta, teplotní nestablta nebo výstpní odpor. Díky tom nemsí být an výstp zdroje napájecího prodový poslovač stablzovaný. [0] 5 Z 4 T T 0 0 Z Z +U N Obr..0: Převodník napětí na prod pro zemněno zátěž s potlačením sohlasného napětí a prodovým poslovačem na výstp 4

36 VÝBĚ ŘEŠENÍ JEDNOTLIVÝCH ČÁSTÍ KE KONSTUKCI Požadavky na přesnost všech částí konstrkce vychází z řešení číslcově-analogového převodník, konkrétně je to btové rozlšení. Hodnota tolerance je dána rozlšovací schopností, tj. rozlšením bt s nejmenší hodnoto (LSB). U 4 btového převodník je celkový počet možných stavů 4 = 67776, maxmální hodnota dgtálního čísla na vstp je, maxmální odchylka je tedy 4 = 0, 06ppm. Př tak extrémní přesnost je ntné brát ohled na všechny možné vlastnost, které by mohly výsledno přesnost ovlvnt. U elektronckých přepínačů je to zejména doba prodlevy mez řídícím mplzem a sktečným sepntím výstp a odpor spínače v sepntém stav. Vlv prodlevy spínání lze mnmalzovat, pokd bde tato totožná zapínání vypínání. Aby př číslcově analogovém převod bylo co nejméně změn stav přepínače, jako vhodné řešení se nabízí převodník s mezpřevodem na poměr šířky mplz a perody, něhož v jedné perodě dochází poze k jednom zapntí a vypntí. Pro potlačení vlv odpor přepínače v sepntém stav se jeví výhodněj požít zdroj referenčního prod a provozovat spínač tedy v prodovém režm. Nejdůležtějším prvkem dávajícím dosažtelno výsledno přesnost je ale zdroj referenční velčny. Nám vybraný má hodnot teplotního jíždění výrobcem dán maxmálně 0,05ppm/ C, což př předpokládaném provozním rozsah teplot od 0 C do 70 C je největší možná chyba,5ppm. Vypočtená hodnota odpovídá váze bt s nejmenší hodnoto př rozlšení převodník 8 btů, aby tato největší možná chyba byla menší než polovna bt s nejmenší hodnoto převodník, maxmální rozlšení převodník bde tedy 7 btů.. Zdroj referenčního napětí Zdroj referenční velčny dává dosažtelno přesnost a rozlšovací schopnost celého zařízení, je tedy nezbytně ntné vybírat tento s excelentním hodnotam přesnost a hlavně teplotní a časové stablty. Z šroké nabídky na trh dostpných ntegrovaných obvodů prodových referenčních zdrojů nebylo možné ovšem nalézt žádný, který by svo teplotní závslostí an zdaleka vyhovoval. V nabídce ntegrovaných zdrojů referenčního napětí jž byly k nalezení modely, které tyto extrémní požadavky splňjí, zdroj referenčního prod jsme se tedy rozhodl zkonstrovat ze zdroje referenčního napětí s následným převedením na prod. Pro generování referenčního napětí jsme zvoll ntegrovaný obvod LTZ000A výrobce Lnear Technology pro jeho výborné parametry, konkrétně hodnot teplotního jíždění, která je výrobcem deklarována maxmálně 0,05ppm/ C. Jak jž bylo zmíněno, pro předpokládaný rozsah povolených 5

37 pracovních teplot je maxmální hodnota chyby tedy,5ppm/70 C. Pro srovnání s dostpným ntegrovaným zdroj referenčního prod podotýkáme, že hodnota,5ppm je nch změna př změně teploty o C, v případě nám zvoleného obvod se však vztahje jž k celém pracovním rozsah teplot. Integrovaný zdroj referenčního napětí LTZ000 se vyrábí ve dvo varantách - LTZ000 a LTZ000A. Oba tyto obvody jso vybaveny vyhříváním vntřního prostor s čpem a mají stejné vntřní spořádání obvod, verze LTZ000A má ovšem lepší teplotní vlastnost díky dokonalejším tepelném odzolování vntřního čp od pozdra, tedy od okolního prostředí. Pro požtí v nám navrhovaném zdroj vybereme tedy varant LTZ000A, tato nám zajstí termostatování napěťové reference, není jž ntné msťovat obvod do specálního termostat. Zapojení zdroje referenčního napětí s ntegrovaným obvodem vychází ze zapojení doporčené výrobcem []. Obvod zdroje referenčního napětí sestává ze dvo částí - samotný zdroj napěťové reference a obvod zajšťjící vyhřívání vntřního čp na požadovano teplot, tzn. termostatování obvod. Část generjící referenční napětí sestává z rezstorů a, podpovrchové referenční dody a tranzstor T obsažených v ntegrovaném obvod LTZ000, operačního zeslovače OZ, dody D a kondenzátor C. Podpovrchová referenční doda a tranzstor T spol s rezstory a fngjí jako vyvážený můstek. Na rezstor je napětí 0,6V dané napětím na přechod báze - emtor tranzstor T, hodnoto rezstor nastavjeme prod protékající podpovrchovo referenční dodo 0, 6/0 = 5mA. Hodnota rezstor nastavje kolektorový prod tranzstor T, 00μA př 70kΩ. Operační zeslovač OZ snímá vyvážení můstk, jeho vstpy jso přpojeny každý do jedné větve můstk, zesílením odchylky reglje napájecí napětí můstk, tím prod protékající jednotlvým prvky a dochází k opětovném vyvážení můstk. Kondenzátor C složí jako ochrana prot vysokofrekvenčním zákmtům, doda D chrání obvod, pokd by OZ skočl do záporné satrace. Do část zajšťjící vyhřívání čp ntegrovaného obvod LTZ000 patří tranzstor T a vyhřívací článek obsažený v LTZ000, rezstory, 4, 5, 6, 7, 8 a 9, kondenzátory C a C, tranzstor T a doda D. ezstory, 4 a 5 spol s tranzstorem T tvoří vyvážený můstek. Díky teplotním svázání tranzstorů T a T (oba jso na stejném čp), tranzstor T sledje teplot tranzstor T v můstk obvod napěťové reference, rozvažje tedy můstek v němž je zapojen a dochází k reglac teploty. ozvážení můstk sledje OZ a podle rozvážení otevírá tranzstor T regljící prod vyhřívacím článkem. ezstor 9 a kondenzátor C fngjí jako rychlá zpětná vazba, 6 zlepšje teplotní reglac, doda D chrání prot přepólování. ezstor 7 fngje jako vazba s drhým můstkem pro zlepšení teplotní reglace, vzhledem k výběr verze LTZ000A s lepším zolačním vlastnostm pozdra tento jž nezapojíme[]. Výrobcem doporčené operační zeslovače jsme vyměnl za typ s lepším šmovým vlastnostm a menší napěťovo nesymetrí a její teplotní změno, konkrétně modely 6

38 SpceOrder SpceOrder LTC057 v obvod napěťové reference a TL07 v obvod vyhřívání, zde jž není ntné požtí typ s excelentním parametry. Zapojení obo částí obvod zdroje referenčního napětí s ntegrovaným obvodem LTZ000 je zobrazeno na obrázk.. [?][?] +5V 4 k 70k k 7 OZ LTC057 SpceOrder SpceOrder 6 D N448 6 C n -5V k 7 400k 0 6 0k +5V C OZ 00n TL07D +5V k T n U EF T T LTZ000 9 M -5V C 00n LTZ000 D N448 Obr..: Schéma zapojení zdroje referenčního napětí s obvodem LTZ000. Převodník napětí na prod Kvůl předchozím výběr napětí jako referenční velčny a provoz v sgnálové cestě následjícího elektronckého přepínače v prodovém mód, aby se neplatnl jeho odpor v sepntém stav, je ntné referenční napětí převést na prod. K tom vyžjeme zapojení z obr..8. Na vstp bde přpojeno referenční napětí 7V, na výstp požadjeme prod 0,mA (kvůl velkost hodnoty rezstor 0 ve fltr). Podle těchto podmínek vypočteme hodnoty jednotlvých obvodových prvků. Zavedeme předpoklad = 4 = k. Pak vyžtím Krchhoffových zákonů 4 k 0 7

39 Z 0 k Z Z 4 Z 0. k 0 Aby bylo dosaženo nezávslost na velkost zátěže, = k 0 + k a splníme-l 0 << k, bde. Výstpní prod pak bde 0 zvolíme 00Ω, potom 0, 000 = k 7 00 Z = k 0. k = 0, =, Hodnoty rezstorů a 4 volíme 0kΩ, aby hodnota a nebyla přílš vysoká, ale aby byla splněna podmínka 0 << k. Tedy = = k = 0000 = 6, 9MΩ., Ověříme splnění podmínky 0 << k, 00 << 0000 vyhovje. Odpory a realzjeme sérovo kombnací rezstor 6M5 a přesného víceotáčkového potencometrckého trmr s hodnoto M pro možnost nastavt převodní poměr a tedy maxmm celého zdroje. Operační zeslovač vybíráme přesný nízkošmový OPA7 s možností nlování napěťové nesymetre, toto realzjeme přesným víceotáčkovým potencometrckým trmrem s hodnoto 0k podle doporčení výrobce operačního zeslovače. Výsledné zapojení tohoto převodník je znázorněno na obrázk.. 7 M +5V 6M k 6 OPA7 0k Z Z Z 6 M 6M5-5V 4 0k Obr..: Schéma zapojení navrženého převodník napětí na prod 8

40 . Elektroncký přepínač Aby bylo možné referenční prod modlovat měronosno velčno, je ntné jej spínat elektrcky ovládaným prvkem. Nabízí se možnost žtí relé, to ale nevyhovje vzhledem k frekvenc přepínání, řešením je tedy požtí ntegrovaného elektrcky ovládaného analogového přepínače. V nabídce různých výrobců je jch celá řada, většny z nch je dosahováno malého odpor v sepntém stav paralelním řazením mnoha polem řízených tranzstorů, toto řešení má ale za následek malo zolac vstp od výstp př rozpojeném stav. Podle těchto poznatků jsme vybral pro konstrkc model DG40 od výrobce Intersl, který má sce v sepntém stav odpor 45Ω, tento nám vzhledem k jeho provoz v prodovém režm nevadí, zato má vyšší zolac výstp od vstp př jeho rozpojení. Dalším parametrem př výběr elektrckého přepínače je doba sepntí a rozepntí, nám zvoleného DG40 jso 50ns a 00ns. Jejch velkost nás moc netrápí, spíše je důležtý jejch vzájemný poměr, aby nedocházelo ke změně poměr šířky mplz k perodě spínaného sgnál, v případě model DG40 je tento poměr :, není tedy njak krtcký. Další výhodo volby tohoto model je možnost vyžtí symetrckého napájení ±5V, které vyžíváme k napájení operačních zeslovačů, není tedy ntné požtí dalšího zdroje. V pozdře jso k dspozc dva tyto přepínače, my vyžíváme poze jeden z nch, vstp a výstpy drhého proto přpojíme na zem, kvůl zmenšení přeslechů z náhodných zdrojů..4 Fltr - dolní propst Na výstp elektronckého přepínače můžeme měřt prod s obdélníkovým průběhem, jehož poměr šířky mplz k perodě odpovídá zadané číslcové nformac. Z tohoto elektrckého sgnál obdélníkového průběh je ntné získat jeho střední hodnot, která je kýženým výstpním průběhem - stejnosměrný stálený prod. Pro získání střední hodnoty sgnál je ntné odfltrovat všechny střídavé složky obdélníkového sgnál a zanechat přítomn poze stejnosměrno složk. Toho docílíme průchodem sgnál fltrem typ dolní propst. Parametry tohoto fltr odvodíme ze vstpního sgnál a požadované přesnost, dalším důležtým parametrem je doba stálení sgnál na výstp. Podle požadavk na co nejrychlejší stálení a nejmenší překmt výstpního sgnál volíme aproxmac fltr podle Bessela. Návrh fltr jsme provedl pomocí aplkace na nternetových stránkách společnost Analog Devces[]. Prvním zadávaným parametrem je šířka propstného pásma, tato byla volena co největší s ohledem na dob stálení - čím nžší mezní kmtočet fltr, výrazně se zvyšje doba stálení. Dalším důležtým parametrem zadávaným do aplkace je požadovaný útlm na daném kmtočt. V případě nám navrhovaného fltr je tento 9

41 kmtočet dán základní frekvencí (perodo) sgnál na vstp, př výpočt jsme važoval 0Hz, případné navýšení by jenom prospělo. Na tomto kmtočt je tedy ntné spočítat chtěný útlm. Ten se rčen rozlšovací schopností celého zařízení, všechny střídavé složky nesmí mít na výstp ampltd vyšší než je polovna nejnžšího bt. Pro važovaných 8 btů je tedy výpočet pro útlm 0 log( 8 ) = 08dB. Tyto parametry jsme tedy zadal do aplkace a expermentálně jsme voll komproms mez dobo stálení, řádem fltr a splněním zadaných podmínek. Výsledkem expermentálního návrh jsme dospěl k parametrům: mezní kmtočet fltr f m = Hz, útlm 0dB na frekvenc 9,5 Hz, doba stálení cca,5s, aproxmace fltr podle Bessela, fltr 9. řád. Strktr pro realzac fltr jsme zvoll nekaskádní, abychom potlačl vlv vstpních nesymetrí požtých operačních zeslovačů a časových a teplotních závslostí těchto nesymetrí. Pro provoz fltr v prodovém mód se provede transformace - vstpní prod se poští do napěťového výstp a výstpní prod se odebírá z napěťového vstp. Koefcenty přenosové fnkce aproxmované podle Bessela pro nekaskádní strktr jsme získal z [7], c 9 =, 97, c 9 = 5, 45, c 9 = 5, 55, c 94 =, 68, c 95 =, 760, c 96 = 0, 6, c 97 = 0, 484, c 98 = 0, 09, c 99 = 0, 007. S ohledem na kvalt, přesnost a toleranc kapacty kondenzátorů v nabídce obchodníků jsme zvoll spořádání se shodným kapactam kapactorů C = C = C = C 4 = C 5 = C 6 = C 7 = C 7 = C 8 = C 9 = C, tto hodnot jsme zvoll C =, 7μF kompromsně podle hodnoty rezstor 0, př maxmálním možném výstpním prod ma na něm může být úbytek maxmálně 0V (kvůl omezení napájecím napětím). Kondenzátory jso v provedení svtkový polypropylenový s tolerancí 5%. Hodnoty odpor rezstorů jsme vypočítal podle rovnc z [7]. 0 = vybíráme 00k. c 9 C π f m =, 97 0, π = 99, 96kΩ, = c 9 + c 9 c 9 c 9 5, , 45, 97 5, 55 = = 5, kω, c 9 C π f m, 97 0, π vybíráme 50k. = c 9 c 9 c 9 c 9 = c 9 C π f m vybíráme 6k. = c 94 + c 94 c 9 c 95 = c 9 C π f m 5, 45 5, 45, 97 5, 55, 97 0, π, 68 +, 68 5, 55, 760 5, 55 0, π = 6, kω, = 6, 4kΩ, 40

42 vybíráme 6k. 4 = c 94 c 94 c 9 c 95 = c 9 C π f m vybíráme 8k. 5 = c 96 + c 96 c 95 c 97 = c 95 C π f m vybíráme k. 6 = c 96 c 96 c 95 c 97 = c 95 C π f m, 68, 68 5, 55, 760 5, 55 0, π 0, 6 + 0, 6, 760 0, 484, 760 0, π 0, 6 0, 6, 760 0, 484, 760 0, π = 8, 6kΩ, =, 8kΩ, = 9, kω, vybíráme 9k. 7 = c 98 + c 98 c 97 c 99 = c 97 C π f m vybíráme k. 8 = c 98 c 98 c 97 c 99 = c 97 C π f m 0, , 09 0, 484 0, 007 0, 484 0, π 0, 09 0, 09 0, 484 0, 007 0, 484 0, π = 0, 9kΩ, = 7, kω, vybíráme 7k5. Operační zeslovače jsme vybral nízkošmové TL07, nemsí být extrémně přesné a stablní, nejso přímo v cestě sgnál. Obrázek. kazje schéma zapojení navrženého fltr. 4

43 VST 0 VÝST C 7 +5V TL07D IC4A 00k C 7 50k C 7 6k -5V +5V 6 TL07D 7 5-5V 6k C k C5 7 5 k +5V TL07D -5V C k C7 7 7 k +5V 6 TL07D 7 5-5V C k5 C9 7 Obr..: Schéma zapojení navrženého fltr - nekaskádní strktra.5 Výstpní zeslovač Za fltrem jž má sgnál požadovaný tvar - stejnosměrná složka sgnál, která odpovídá vstpním číselném údaj, tato ale nemá dostatečno velkost, je tedy ntné zařadt do zapojení zeslovač. Aby bylo možné měnt výstpní rozsahy je na výstp fltr přpojen nvertjící zeslovač, rezstor 0_F ILT ve fltr označený jako 0 přpojením k vrtální nle na záporném vstp operačního zeslovače fngje jako přpojený na zem, převádí tedy výstpní prod fltr na napětí. Ve zpětné vazbě operačního zeslovače je síť rezstorů, jejchž přepínáním se mění zesílení tohoto operačního zeslovače, odpor požtého analogového mltplexer se neplatní díky jeho místění v přímé větv zpětnovazební smyčky. Maxmální výstpní prod z fltr 0, ma vyvolá na odpor 0_F ILT úbytek napětí 0V. ozsahy žádáme 4

44 0 A ( = 0V ), 0 00mA ( = V ) a 0 0mA ( = 0, V ), hodnoty rezstorů tedy vypočteme = 0_F ILT = = 00kΩ V ST 0 = 0_F ILT = = 0kΩ V ST 0 = 0_F ILT 0, = = kω. V ST 0 Pomocí Krchhoffových zákonů řešíme Z = 0 + = ( Z ) + Z 0 5 = 4 = 4 ( Z ) = 4 ( + Z ) _ 5 _ 5 Z = 4 ( + Z )+ Z + Z = 4 0 _ _ Zavedeme zjednodšení = = 4 = = /k, potom Z = k ( ) Z ( ) Z. Aby prod do zátěže nebyl závslý na velkost zátěže, msí se závorka před Z = 0, tzn. 5 = 0, pokd >> 0, tak 5. Hodnota 0 msí být zvolena dostatečně malá, aby an př vysokých výstpních prodech na něm nebyl přílš velký úbytek napětí, volíme tedy Ω, pro dodržení podmínky >> 0 volíme = 0kΩ. Z = A, = 0V, dopočítáme tedy _ Z = k 0 k = 0, _ = 0000/0, = 00kΩ Abychom byl schopn dodat do zátěže dostatečný prod, opatříme výstp prodovým poslovačem tvořeným Darlngtonovým tranzstorem, jeho nelnearta se neplatní díky místění v přímé větv zpětnovazební smyčky. Doda D složí k ochraně. Operační zeslovače jsme vybral ltrapreczní nízkošmové LTC057, poze prostřední operační zeslovač je zvolen OPA7 kvůl absenc vstpů pro nlování napěťové nesymetre model LTC057. Pro nastavení nlování napěťové nesymetre operačních zeslovačů je dle doporčení výrobce požt trmr 0k v provedení přesný víceotáčkový, jehož jezdec je přpojen na kladné napájecí napětí. Snímací odpor 0 je vybrán na výkonovo ztrát W. 4

45 SpceOrder SpceOrder 0_FILT -- 00k k k 4 0 Z VST 00k 0k -- k 00k -- 00k IC7 4 SA 5 SA 6 SA DA 7 S4A 8 0k 0k 0k +5V +5V OPA7 4 4 LTC057 6 TIP5 0 Z Vyber rozsah SB SB 9 SB DB 0 S4B A0 6 A EN ADG409YUZ +5V -5V +5V 6 0k -5V D N448DO5-0 -5V LTC057-5V Obr..4: Schéma zapojení výstpního zeslovače.6 Číslcové ovládání Do číslcové část jsme pro ovládání převodník vybral mkroprocesor frmy Atmel, konkrétně model AT89C5. Mkroprocesor z řady AT89 jsme zvoll pro dřívější zkšenost s obvodem AT89S5, který má stejno archtektr jako nám zvolený. Konkrétní výběr z této řady byl odůvodněn vybaveností vybraného model sběrncí USB, přes ktero ho lze přímo programovat, není jž třeba žádného převodník na sérovo sběrnc. Zapojení procesor vychází z doporčení výrobce [], výstpy pro ovládání přepínače mltplexer měnícího výstpní rozsah byly zvoleny na port pro jeho fyzcké místění. Program nahraný do pamět mkroprocesor fngje jako čítač dolů. Na začátk perody je z pamět načtena btová hodnota dávající dob pro úroveň L na výstp (sepntý spínač), tato hodnota je odečítána až do nly, poté je výstp překlopen do úrovně H (rozpojený přepínač), z pamět je načtena hodnota odpovídající čas v úrovn H, ta je dekrementována do nly, poté opět dochází k překlopení výstp a program se vrací na začátek cykl. 44

46 SpceOrder SpceOrder SpceOrder SpceOrder ESET USB X PN679-S 4 C p +,V 00r 0n n Q C4 p 4Mhz D N448 D N448 C5 C6 4 7r 7r 4 k5 +5V C 00n C7 IC 44 ST 6 XTAL 5 XTAL 50 P.0/T/KIN0 5 P./TEX/KIN/SS 5 P./ECI/KIN 5 P./CEX0/KIN 54 P.4/CEX/KIN4 59 P.5/CEX/KIN5/MISO 60 P.6/CEX/KIN6/SCK 6 P.7/CEX4/KIN7/MOSI 4 P.0/XD 7 P./TXD 8 P./INT0 9 P./INT 0 P.4/T0 P.5/T 6 P4.0/SCL 6 P4./SDA D+ 0 D- 9 PLLF FEV 0 AVDD AVSS AT89C5- VDD 9 P0.0_AD0 P0._AD P0._AD P0._AD P0.4_AD4 P0.5_AD5 P0.6_AD6 P0.7_AD ,V 56 P.0_A8 57 P._A9 58 P._A0 P._A P.4_A 4 P.5_A 7 P.6_A4 8 P.7_A5 +,V 5 P.6/W P.7/D 9 4 EA/VPP 5 ALE PSEN 6 VSS 4 C 00n ISP +,V 4 5 k LED 6 k8 Prepnac ozsahy A0 ozsahy A ozsahy EN Obr..5: Schéma zapojení číslcové část obvod 45

47 VÝSLEDKY SIMULACÍ, KONSTUKCE, VÝSLEDKY MĚŘENÍ A OVĚŘENÍ PAA- METŮ. Výsledky počítačových smlací Pro počítačové nasmlování chování navržených částí a jejch charakterstk jsme vyžl smlačního program Tna TI frmy Texas Instrments. Výhodam tohoto program je jeho volná dostpnost a možnost získání smlačních modelů reálných sočástek, nevýhodo je ale malá možnost přzpůsobení smlací. Obrázek. kazje výsledek smlace přenosové charakterstky navrženého fltr - modl a fáz přenos, na obrázk. můžeme spatřt výsledek smlace odezvy fltr na jednotkový skok na vstp. Na obrázk. je vyobrazena nasmlovaná charakterstka závslost výstpního prod na velkost zátěže Gan (db) Phase [deg] m 00m 0 00 k Freqency (Hz) Obr..: Smlace přenosové charakterstky fltr dolní propst 46

48 Voltage (V) m Tme (s) Obr..: Smlace odezvy fltr na jednotkový skok m Crrent (A) m m Otpt resstance (ohms) Obr..: Smlace závslost výstpního prod na velkost zátěže 47

49 . Konstrkce Pro navržení desky plošného spoje k následné konstrkc jsme vyžl návrhového systém Eagle frmy CadSoft. Obrázek.4 zobrazje kompletní schéma celého obvod. Hodnoty rezstorů v nejmenším rozsah přepínače rozsahů byly zvětšeny desetkrát, protože př jejch původně navržené hodnotě by přílš zatěžoval operační zeslovač, jejch vzájemný poměr však zůstal zachován pro zajštění stejného zesílení. Př návrh desky plošných spojů jsme postpoval podle zásad pro jejch návrh, výsledná deska je obostranná s prokoveným otvory. Obrázek.5 zobrazje obrazec navržené desky plošných spojů ze strany sočástek, obrázek.6 zobrazje obrazec navržené desky plošných spojů ze strany spojů. ozmístění sočástek je vyobrazeno na obrázk.7 ze strany sočástek a na obrázk.8 ze strany spojů. Př osazování a ožvování vyrobené desky jsme nalezl chyb v knhovně Atmel program Eagle. U požtého procesor chyběly ve schematcké značce některé vývody důležté pro fnkc obvod. Abychom nemsel vyrábět znov celo desk plošných spojů, oddělly jsme číslcovo část obvod na samostatno desk plošných spojů, ze které se následně propojí sgnálové vodče na hlavní desk. Obrázek.9 zobrazje schéma oddělené číslcové část na samostatno desk plošných spojů, výsledný obrazec plošných spojů můžeme vdět na obrázk., rozmístění sočástek ze strany sočástek kazje obrázek.0 a ze strany spojů obrázek.. 48

50 SpceOrder SpceOrder SpceOrder SpceOrder SpceOrder SpceOrder n k8 69k8 k k 0k k 6M5 0k 6M5 0k 00 00k 50k 6k 6k 8k k 9k k 7k5 00k 0k 0k 0k 0k 0k 0k M 00n 00n n N448 N448 DG40CY +5V +5V -5V -5V -5V -5V Z+ Z ADG409YUZ +5V 00k 00k M0 ADG409YUZ TIP5-5V OPA7 OPA7 +5V -5V +5V -5V +5V +5V -5V -5V +5V TL07D TL07D TL07D TL07D TL07D 00n 00n 00n 00n 00n 00n 00n 00n 00n 00n 00n 00n 00n 00n 00n 00n +5V AT89C5-4Mhz 7r 7r 00n 00n p p 0n n 00r k5 +5V -5V 0k 0k +5V +5V +5V +5V N448 +5V M M LTC057 LTC057 LTC T C C C D D IN 5 IN 0 S 6 S 9 S 4 D D 8 D V- 4 V+ VL D4 6 S4 5 IC5 PAD6 PAD7 C C7 C C8 C4 C9 C5 C0 C6 SA 4 SA 5 SA 6 S4A 7 DA 8 A0 A 6 EN SB SB SB S4B 0 DB 9 IC VSS 5 VDD 4 IC9P Q IC IC4 IC6A IC6B IC7A IC7B IC C4 C5 C C C5 C6 C C C6 C5 C7 C8 C8 C9 C C0 EA/VPP 4 P0.0_AD0 55 P0._AD 46 P0._AD 45 P0._AD 4 P0.4_AD4 40 P0.5_AD5 8 P0.6_AD6 7 P0.7_AD7 6 XTAL 6 XTAL 5 ST 44 ALE 5 PSEN 6 P.0_A8 56 P._A9 57 P._A0 58 P._A P.4_A P.5_A 4 P.6_A4 7 P.7_A5 8 P.0/T/KIN0 50 P./TEX/KIN/SS 5 P./ECI/KIN 5 P./CEX0/KIN 5 P.4/CEX/KIN4 54 P.5/CEX/KIN5/MISO 59 P.6/CEX/KIN6/SCK 60 P.7/CEX4/KIN7/MOSI 6 P.0/XD 4 P./TXD 7 P./INT0 8 P./INT 9 P.4/T0 0 P.5/T P.6/W 5 P.7/D 9 VDD 9 VSS 4 AVDD 0 D+ D- 0 PLLF 9 FEV P4.0/SCL 6 P4./SDA 6 AVSS IC 4 X Q 6 7 C4 C0 C7 C8 C C6 5 8 PAD4 PAD5 PAD 8 8 PAD D 4 S C IC IC IC8 USB Obr..4: Schéma výsledného zapojení celého zařízení 49

51 Obr..5: Obrazec desky plošných spojů - strana sočástek Obr..6: Obrazec desky plošných spojů - strana spojů 50

52 PAD7 PAD6 PAD5 PAD PAD PAD4 A7,5mm Q D LTZ000 D 6 T D 8 4 Q X E L E C T O N I C S 8 PAD S 4 C6 C C7 C C8 C4 C9 C5 C0 Obr..7: Osazovací plánek - strana sočástek IC 9 C4C 0 C 4 C C5 4 IC C C 5 IC4 C C7 5 C C6 8 C0 C4 7 6 C9 C7 C8 IC C6 C IC5 IC C8 IC9 C C IC8 IC0 C C C6 7C4 IC7 C9 IC6 C8 4 7 C0 C 8 6 Obr..8: Osazovací plánek - strana spojů 5

53 SpceOrder SpceOrder SpceOrder SpceOrder ESET USB X PN679-S 4 C p +,V 00r 0n n Q C4 p 4Mhz D N448 D N448 C5 C6 4 7r 7r 4 k5 +5V C 00n C7 IC 44 ST 6 XTAL 5 XTAL 50 P.0/T/KIN0 5 P./TEX/KIN/SS 5 P./ECI/KIN 5 P./CEX0/KIN 54 P.4/CEX/KIN4 59 P.5/CEX/KIN5/MISO 60 P.6/CEX/KIN6/SCK 6 P.7/CEX4/KIN7/MOSI 4 P.0/XD 7 P./TXD 8 P./INT0 9 P./INT 0 P.4/T0 P.5/T 6 P4.0/SCL 6 P4./SDA D+ 0 D- 9 PLLF FEV 0 AVDD AVSS AT89C5- VDD 9 55 P0.0_AD0 46 P0._AD 45 P0._AD 4 P0._AD 40 P0.4_AD4 8 P0.5_AD5 7 P0.6_AD6 6 P0.7_AD7 +,V 56 P.0_A8 57 P._A9 58 P._A0 P._A P.4_A 4 P.5_A 7 P.6_A4 8 P.7_A5 +,V 5 P.6/W P.7/D 9 4 EA/VPP 5 ALE PSEN 6 VSS 4 C 00n ISP +,V 4 5 k LED 6 k8 Prepnac ozsahy A0 ozsahy A ozsahy EN Obr..9: Schéma zapojení číslcové část obvod PAD7 PAD PAD PAD S 4 S 4 S Q LED X D D E L E C T O N I C S PAD5 PAD6 Obr..0: Osazovací plánek - strana sočástek 5

54 C4 C C C IC C7 C C6 6 C5 4 5 Obr..: Osazovací plánek - strana sočástek Obr..: Obrazec desky plošných spojů 5

55 V tablkách. a. je veden seznam požtých sočástek př ponstrkc. Množství Ob. č. - Farnell Hodnota Pozdro Název , k 06 0,, 4, n C608 C n C6 C, C4, C5, C0, C, C, C4 C5, C6, C8, C9, C0, C C, C, C5, C6, C7, C k 06, 9, 0,, 7, 9, 40, n C6 C k k k k M 06, M TIM96W 4, N448 DO5-0 D, D, D 09 6W k 06 4, k k TIM96W 8, p C608 C7, C8 84 4Mhz HC49/S Q 99 7r 06 6, n C6 C 447 n C6 C n904 TO9-EBC T C5-X68 C, C, C4, C5, C6 C7, C8, C9, C0 00 k k k k8 06 9, 979 6M5 06 5, k k 06 8 Tab..: Seznam požtých sočástek 54

56 Množství Ob. č. - Farnell Hodnota Pozdro Název 764 Tlačítko BF-0XX S 4894 ADG409YUZ TSSOP6 IC AT89C5- VQFP64 IC DG40CY SO6 IC LTC057 SO08 IC, IC8, IC 44 OPA7 SO08 IC4, IC USB-B USB-B X 9945 TIP5 TO0 Q TL07D SO08 IC 090 TL07D SO08 IC6, IC7 Tab..: Seznam požtých sočástek - pokračování 55

57 . Výsledky měření a ověření parametrů První měřeno závslostí byla přenosová fnkce požtého fltr. Pro její měření fltr jsme vyžl měřícího systém Bode. Největším omezením tohoto měřícího zařízení je neschopnost měřt přenos na frekvencích pod Hz, bohžel an žádný jný systém k dspozc toto fnkcí nedsponoval. Naměřená charakterstka (od Hz výš) je vedena na obrázk.6, v oblast v útlmem pod 00dB je vedena charakterstka čárkovaně, zde se jž platňje šm požtých operačních zeslovačů. Další měřeno závslostí byla převodní charakterstka - závslost výstpního prod na střídě ovládacího sgnál elektronckého přepínače. K tomto měření jsme vyžl dgtální oscloskop Aglent pro měření střídy ovládacího sgnál a stolní mltmetr Aglent 44A pro měření výstpního prod. V tablkách.,.4 a.5 jso vedeny naměřené hodnoty pro všechny rozsahy s vypočteno procentní chybo. Tyto jso také grafcky znázorněny na obrázcích.,.4 a.5. Dalším měřeným parametrem byla závslost výstpního prod na velkost zátěže, hodnoty výsledků tohoto měření jso vedeny v tablce.6. Posledním měřeným parametrem byla závslost výstpního prod na okolní teplotě. K tomto měření byla vyžta klmatcká komora Vötch Indstres V C. Výsledky tohoto měření jso vedeny v tablce.7. An jedna z naměřených charakterstk bohžel nepotvrdla předpokládano přesnost zdroje, respektve žádná z nch nesplňovala předpokládano přesnost. Předpokládaná největší procentní chyba byla očekávána 0, 0008%, z nám naměřených hodnot vypočtená chyba dosahovala nejvýše 8, 5% (převodní charakterstka na rozsah A). Z velkost této chyby je možné vyčíslt výsledné rozlšení převodník, v tomto případě to je tedy pohých 6 btů. 56

58 0mA 00mA A Střída [%] IZ [ma] Chyba [%] IZ [ma] Chyba [%] IZ [ma] Chyba [%] 0 0,000 0,00 0,000 0,00 0,00 0,00 0,0 0,004 0,0 0,00-0,0 0,6 0,0 0, 0,07 0,07 0, 0,0, 0,0 0,5 0,077 0,7 0,70 0,0 5,56 0,05 0,48 0,48, 0, 0,0 0,00 0,9 0,9,5 0,4,0 0,0 0,48,8,66 0,7,9 0,9 4 0,584,84 4,48 0,48 44,05 0,4 5 0,77,7 5,596 0,60 55,0 0,50 6 0,874,74 6,708 0,7 65,94 0,59 7 0,876,76 7,8 0,8 76,87 0,69 8 0,94,4 8,9 0,9 87,86 0,79 9,07,7 0,0,0 98,64 0,86 0,8,8,,0 09,48 0,95,5,5,, 0,,0,6,60,,0 0,87,09,47,70 4,4,40 4,6,6 4,58,8 5,49,49 5,4, 5,69,9 6,57,57 6,06, 6,80,0 7,64,64 7,74,7 7,9, 8,7,7 84,6,44 8,0,0 9,8,8 95,0,50 9,8,8 0,87,87 05,58,56 0,,0,95,95 6,,6,8,80,00 6,48,65,45,50 4,,0 6,9,69,56,60 5,, 47,7,77 4,66,60 6,9,9 58,9,8 5,77,70 7,4,4 68,6,86 6,88,80 8,,0 78,84,88 7,98,80 9,4,4 89,54,95 8,094,94 0,9,9 99,9,99 9,95,95,4,4 0,9,0 0,,00,47,47 0,65,07,405,05,5,5 0,56,06,509,09 4,54,54 4,, Tab..: Naměřené hodnoty - převodní charakterstky 57

59 0mA 00mA A Střída [%] IZ [ma] Chyba [%] IZ [ma] Chyba [%] IZ [ma] Chyba [%],6,0 5,58,58 5,4,4 4,75,5 6,6,60 6,65,7 5,8,0 7,6,60 7,88,9 6,9, 8,6,6 8,06, 7 4,05,5 9,67,67 9,, 8 4,9,9 40,69,69 40,, 9 4,8,8 4,7,70 4,46,5 40 4,, 4,7,7 4,5,5 4 4,46,6 4,7,7 4,55,6 4 4,5,0 44,7,7 44,5,5 4 4,6,0 45,7,7 45,9, 44 4,7, 46,74,74 46,57,6 45 4,84,4 47,74,74 47,46,5 46 4,97,7 48,7,7 48,9,4 47 5,04,4 49,7,7 49,, 48 5,, 50,7,7 50,8, 49 5,6,6 5,7,7 5,98,0 50 5,4,4 5,69,69 5,8,8 5 5,48,8 5,67,67 5,6,6 5 5,56,6 54,65,65 54,0,0 5 5,66,6 55,6,6 55,07, 54 5,7,0 56,6,60 560,77, ,88,8 57,57,57 570,5, ,95,5 58,54,54 580,06,0 57 6,0, 59,5,5 589,74, ,05,05 60,47,47 599,5, ,0,0 6,4,4 609,05,9 60 6,98,98 6,4,40 69,47,95 6 6,9,9 6,5,5 69,64,96 6 6,489,89 64,,0 69,,9 6 6,584,84 65,6,6 648,7, ,676,76 66,, 658,7,8 65 6,77,7 67,5,5 667,6, ,868,68 68,09,09 677,04, ,96,60 69,0,0 686,9, ,05,50 69,97,97 695,79,58 Tab..4: Naměřené hodnoty - převodní charakterstky - pokračování 58

60 0mA 00mA A Střída [%] IZ [ma] Chyba [%] IZ [ma] Chyba [%] IZ [ma] Chyba [%] 69 7,4,40 70,9,9 704,98, ,7,7 7,85,85 74,,4 7 7,, 7,78,78 7,6,6 7 7,4, 7,7,7 7,8,8 7 7,56,6 74,64,64 74,, 74 7,607,07 75,56,56 75,9,4 75 7,70,0 76,48,48 760,46, ,85,50 77,4,40 769,6 0, ,94,40 78,, 778,7 0, ,0, 79,, 787,67 0, ,, 80,5,5 796,4 0, ,7,7 8,06,06 804,78 0,48 8 8,08,08 8,96 0,96 8,86 0,9 8 8,9,90 8,86 0,86 80,5 0,0 8 8,48,80 8,77 0,77 8,57-0, ,56,60 84,65 0,65 8,6 -, ,6,0 85,5 0,5 85 -, ,7,0 86,5 0,5 86 -, ,77 0,70 87,4 0,4 80,4 -, ,85 0,50 87,85-0,5 8,6-4, ,9 0,0 88,47-0,5 87,6-5,4 90 8,99-0,0 89, -0,70 84,7-5,8 9 9,0-0,77 89,67 -, 847,5-6,5 9 9, -,00 90,0 -,98 85,46-6,75 9 9,4-0,60 90,4 -,57 859, -7, ,8 -,0 90,54 -,46 866,8-7, 95 9,9 -,0 90,69-4, 87, -7, ,8 -,6 9, -4,77 880,88-7,9 97 9, -,90 9,77-5, 888,64-8,4 98 9,4 -,90 9,6-5,64 896,56-8,4 99 9,44-4,60 9,08-5,9 905,6-8,44 99,5 9,46-4,90 9,4-6,07 909,7-8,5 99,9 9,48-5,0 9,7-6,8 94,65-8,44 99,99 9,495-5,04 9,7-6,6 94,5-5, , , ,00 Tab..5: Naměřené hodnoty - převodní charakterstky - pokračování 59

61 Výstpní prod [ma] Převodní charakterstka - rozsah 0mA Chyba [%] 0 4,00 9,00 8,00 7,00 6 0,00 5 -,00 4 -,00 -,00-4,00-5,00 0-6, Střída ovládacího sgnál [%] Obr..: Převodní charakterstka - rozsah 0mA 60

62 Výstpní prod [ma] Převodní charakterstka - rozsah 00mA Chyba [%] 00 4, , , , ,00 0-6, , Střída ovládacího sgnál [%] Obr..4: Převodní charakterstka - rozsah 00mA 6

63 Výstpní prod [ma] Převodní charakterstka - rozsah A Chyba [%] 000 4, , , , , , ,00 0-0, Střída ovládacího sgnál [%] Obr..5: Převodní charakterstka - rozsah A 6

64 Obr..6: Naměřená přenosová charakterstka fltr dolní propst Z [ Ω ] I [ma] - 00mA rozsah I [A] - A rozsah 0, 0, 0,4 0, 0,,7 0,,04 4,5 0,,046 7, 0,,08 0 0, 0,96 5 0, 0,95 Tab..6: Naměřené hodnoty závslostí výstpního prod na velkost zátěže T [ C] I [ma] - 00mA rozsah Chyba [%] 0 C 00,0 0,0 0 C C 98, -,9 Tab..7: Naměřené hodnoty závslost výstpního prod na okolní teplotě 6