ПОГРЕШНОСТЬ КОММУТАТОРА

Основной характеристикой коммутатора является точность передачи сигнала. Точность передачи сигнала определяется как статической погрешностью, обусловленной конечным значением параметров ключа, так и динамической, обусловленной переходными процессами при переключении, частотной характеристикой открытого канала и взаимными помехами при переключении.

Эквивалентные схемы коммутатора на полевых транзисторах

Рис. 6. Эквивалентные схемы коммутатора на ПТ. а - статическая; б - динамическая.

Статическая погрешность коммутатора. На примере схемы одноступенчатого коммутатора с отключением невыбранных каналов и буферным усилителем на выходе (рис. 3, г), эквивалентная схема которого изображена на рис. 6, а, рассмотрим составляющие абсолютной статической погрешности по k-му выбранному каналу. В общем случае абсолютная статическая погрешность

ΔUk=Ek-Uвых,       (57)

где Ek - э. д. с. датчика выбранного канала; Uвых - напряжение на выходе коммутатора.

Электродвижущая сила датчика k-го канала вызовет в цепи нагрузки ток Iн, значение которого

image

Этот ток создает на Rik+ri0 падение напряжения ΔU1, входящее в суммарную абсолютную погрешность коммутатора:

      (58)

В выражении (58) не учтены сопротивления каналов закрытых ПТ rз, поскольку их значение на 2-4 порядка выше значения Rн.

Электродвижущие силы остальных датчиков, не подключенных к нагрузке каналов, вызывают токи, протекающие через сопротивления каналов закрытых ПТ и создающие на (Rik+rk0), подключенного к нагрузке 6-го канала, падение напряжения ΔU2:

image       (59)

где N - число каналов коммутатора.

Обратные токи затворов закрытых транзисторов, протекая по той же цепи, создают дополнительную ошибку ΔU3:

image       (60)

Кроме перечисленных выше составляющих абсолютной статической погрешности существует еще одна, обусловленная входным током БУ:

image       (61)

Суммарная статическая погрешность коммутатора

image       (62)

На основании полученного выражения можно сделать следующие выводы:

1. Для уменьшения статической погрешности необходимо, чтобы сопротивление нагрузки коммутатора было на несколько порядков (в зависимости от необходимой точности передачи сигнала) выше по сравнению с суммарным значением сопротивлений датчика и канала открытого ПТ, т. е. нужен буферный усилитель с высоким входным сопротивлением.

2. Для построения многоканального коммутатора на ПТ необходимо выбирать последние с малыми токами затвора. В этом случае могут оказаться более предпочтительными МОП-транзисторы, у которых ток затвора на 2-4 порядка меньше, чем у ПТ с p-n-переходом. Кроме того, при значительном числе каналов и работе коммутатора в широком интервале температур целесообразно использовать многоступенчатые схемы построения коммутаторов.

Динамическая погрешность коммутатора. Динамическая погрешность при коммутации постоянных и медленно изменяющихся напряжений зависит от характера переходных процессов при переключениии интервала времени между включением транзистора и моментом измерения. Расчёт динамической погрешности представляет собой довольно трудную инженерную задачу, поскольку распределение зарядов на элементарных ёмкостях, образующих Свых (рис. 7, б), случайно и статистически связано с распределением напряжения на датчиках. Последнее, как правило, разработчику неизвестно. Приближенно динамическую погрешность можно определить методом, предложенным в [3].

Схема устранения выбросов с помощью ОУ

Рис. 7. Схема устранения выбросов с помощью ОУ.

Для уменьшения динамической погрешности и исключения ошибки из-за переходных процессов в коммутаторе измерение выходного сигнала обычно начинают через некоторое время после включения сигнала. Кроме того, для устранения выбросов напряжения, возникающих в моменты, когда фронты управляющего сигнала проходят через межэлектродные ёмкости ПТ в цепь сигнала, применяются некоторые схемные решения Например, в [7] предлагается использовать в качестве ключа два ПТ, работающих с упреждением, т. е. таким образом, что когда один транзистор включается, другой ещё не успевает отключиться. При этом образуется низкоомная утечка на землю, что уменьшает величину выбросов.

Используя свойства обычного операционного усилителя подавлять синфазные сигналы, также можно уменьшить выбросы переключения в ключевых схемах, коммутирующих малые сигналы [8].

В схему на рис. 7 входит переключающий полевой транзистор Т1, каскад, согласующий полевой транзистор с ТТЛ-схемами (на биполярном транзисторе Т2), и выходной операционный усилитель. Выбросы, возникающие в транзисторах Т1 и Т3, идентичны, поэтому они не проходят на выход операционного усилителя, подавляющего синфазные сигналы.

Конденсатор С1 выравнивает переходные сопротивления транзисторов T1 и Т3. В этом случае необязательно осуществлять подбор согласованной пары полевых транзисторов. Почти все выбросы компенсируются регулировкой резистора R1.

<< Предыдущее Содержание MAIN PAGE Назад Далее >>

Рейтинг@Mail.ru