Расчет входных цепей устройства. Деление амплитуды входного напряжения происходит при помощи частотно-скомпенсированного делителя. Рассчитаем номиналы резисторов R9 и R10 4.1 где - напряжение на выходе частотно-скомпенсированного делителя - напряжение на входе частотно-скомпенсированного делителя - сопротивление резистора R9 - эквивалентное сопротивление, по величине равное параллельно включенным R10 и R11. Для получения коэффициента деления равного 10 из выражения 4.1 получим 4.2 Для обеспечения входного сопротивления 1 МОм принимаем значение резистора R9 1 МОм, тогда кОм Примем R11 470 кОм, тогда чтобы обеспечить эквивалентное сопротивление при параллельном включении равное 110 кОм сопротивление резистора R10 должно быть 150 кОм. Сопротивление мультиплексора DA3 в открытом состоянии значительно меньше R11, поэтому в расчете его не учитываем.
Определим мощность рассеиваемую на резисторе PR по формуле , 4.3 где U - падение напряжения на резисторе, В R - сопротивление резистора, Ом. Расчет мощностей выделяемых на R9, R10 проведем при условии подачи на вход максимально допустимого напряжения 100В. Подставляя числовые значения, получим мВт мВт. Резистор R9 в цепи делителя должен иметь максимальное рабочее напряжение не ниже 100В. Выбираем из резисторы R9 MCU 0805-0,125-1МОм 1 R10 SMD 1206-0,125-150 кОм 1 R11 SMD 1206-0,125-470 кОм 1 . Рассчитаем емкости конденсаторов C3, C4. Конденсатор C3 должен иметь максимальное рабочее напряжение не ниже 100В. Для обеспечения входной емкости делителя равной 20 пФ в качестве C3 выберем высоковольтный керамический конденсатор C3 VJ 1206Q-200В-20пФ2 . Исходя из условия частотно-скомпенсированного делителя 4.4 Из формулы 4.4 выразим C4, получим 4.5 Рассчитаем пФ. Выберем C4 VJ 0805-50В-180пФ2 . Диоды VD1, VD2 ограничителя амплитуды выберем по величинам прямого тока и обратного напряжения.
Применяемые диоды должны обладать малым значением прямого напряжения и малой емкостью перехода в обратном смещении.
Лучше всего по данным требованиям подходят диоды Шоттки.
Выберем VD1, VD2 SD103AWS. Их параметры Iпр.max 20мА Uпр.max 0,37В Uобр.max 40В Cд 1,5пФ Pрасс.max 0,15 Вт . 4.2 Выбор коммутаторов аналоговых сигналов Для переключения диапазонов измерения амплитуды входного и выходного напряжения, а также использования входного канала с открытым или закрытым входом используются аналоговые мультиплексоры.
В схеме устройства есть три мультиплексора. Выбор коммутаторов аналоговых сигналов произведем, основываясь на следующих требованиях -малое сопротивление ключа в открытом состоянии -малый ток утечки в закрытом состоянии -малая проходная емкость в закрытом состоянии -широкий динамический диапазон входного напряжения -широкий частотный диапазон.
В качестве аналоговых мультиплексоров выберем микросхемы фирмы Analog Devices DA1, DA2 ADG704BRM DA3 ADG752BRM. Важным достоинством применяемых микросхем является их полная совместимость с логическими уровнями трехвольтовой логики ПЛИС, что позволяет обойтись без использования буферных элементов. Их электрические характеристики можно найти в . 4.3