Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в контрольноизмерительной аппаратуре. Целью изобретения является расширение области применения за счет возможности получений выходных кодов различных видов и снижение потребляемой мощности. Входное напряжение АЦП усиливается входным эмиттерным повторителем по току и подается на входы двух дифференцирующих блоков, анализирующих совместно с элементами НЕ, И-НЕ процесс изменения входного сигнала. Если входное напряжение не изменяется, то АЦП формирует на выходе единичнопозиционный код. В случае изменения входного сигнала АЦП формирует его представление в единично-нормальном коде, соответствующем количеству возбужденных разрядов, каждый из которых выполнен на ключевом элементе на транзисторе, делителе напряжения, токоограничивающих элементах, индикационном светодиоде, разделительных диодах, фотодиоде обратной связи, фотодиодах и светодиодах гашения. Сброс возбужденного разряда осуществляется импульсами генератора импульсов через элемент И-НЕ. 2 з.п. ф-лы, 1 шт. i (Л со to ю ( САЭ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 03 М 1/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4044745/24-24 (22) 28.03.86 (46) 30.07.87. Бюл. Р 28 (71) Винницкий политехнический институт (72) В, П, Кожемяко, Л. И, Тимченко, Г. Н. Березов, С. В. Чепорнюк и А. В, Поплавский (53) 681. 325 (088, 8) (56) Авторское свидетельство

У 1046929, кл. Н 03 М 1/50, 198), Гейг С, и др, Применение оптоэлектронных приборов,, М., 1981, с. 66, рис, 2.40а. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в контрольноизмерительной аппаратуре. Целью изобретения является расширение области применения за счет возможности получения выходных кодов различных видов

„„SU„„1327293 А1 и снижение потребляемой мощности.

Входное напряжение АЦП усиливается входным эмиттерным повторителем IIo току и подается на входы двух дифференцирующих блоков, анализирующих совместно с элементами НЕ, И-HE процесс изменения входного сигнала. Если входное напряжение не изменяется, то АЦП формирует на выходе единичнопозиционный код, В случае изменения входного сигнала АЦП формирует его представление в единично-нормальном коде, соответствующем количеству возбужденных разрядов, каждый из которых выполнен на ключевом элементе на транзисторе, делителе напряжения, токоограничивающих элементах, индикационном светодиоде, разделительных диодах, фотодиоде обратной связи, фо. тодиодах и светодиодах гашения. Сброс возбужденного разряда осуществляется импульсами генератора импульсов через элемент И-НЕ, 2 з.п. ф-лы, 1 ил, 1 13272

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре, с

Цель изобретения — расширение области применения за счет возможности получения выходных кодов различных видов и снижение потребляемой мощности.

На чертеже представлена структурная электрическая схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

АЦП содержит разряды 1.1...,,1,ï, первый токоограничивающий элемент 2 на резисторе, индикационный светодиод

3, шину 4 питания, общие для всех разрядов 1,1,...,1.п генератор 5 импульсов, согласующий блок 6 на эмиттерном повторителе, аналоговый ключ

7, выполненный на эмиттерном повторителе 8, токоограничивающем элементе 9, фотодиоде IO светодиоде 11 и токоограничивающем элементе 12, шину 13 управления, элемент И-НЕ 14, составной транзистор 15, дифференцирующий блок 16, элемент НЕ 17, дифференцирующий блок 18, конденсатор

19, делитель напряжения на резисторах 20 и 21. Нагрузоч и ре-истор 229 30 делитель напряжения на резисторах 23 и 24, ключевой элемент 25 на транзисторе, разделительный диод 26, шину

27 сигнала, фотодиод 28 обратной связи, шину 29 обратной связи, элемент

И-НЕ 30, разделительный диод 31, фотодиоды 32 и 33 гашения, светодиоды

34 гашения, светодиод 35 обратной связи, разделительный диод 36, токоограничивающий элемент 37, светодиод

39 гашения и ключ 39 управления.

АЦП работает следующим образом.

На вход эмиттерного повторителя 6 поступает аналоговое напряжение U> которое усиливается по току и переда- 45 ется на входы дифференцирующнх блоков 16 и 18, Напряжение на базе составного транзистора 15 второго дифференцнрующего блока 18 посредством делителя напряжения, состоящего из резисторов 20 и 21, выбрано таким образом, чтобы в нормальном состоянии, т.е. при отсутствии напряжения на входе дифференцирующего блока 18 или его постоянстве, составной транзистор 15 был в открытом состоянии, т.е„ на выходе дифференцирующего блока 18

93 2 присутствовало напряжение логического нуля, Напряжение на базе составного транзистора 15 первого дифференцирующего блока 18 посредством делителя напряжения на резисторах 20 и 21 -выбрано таким образом, чтобы в нормальном состоянии составной транзистор 15 был в закрытом состоянии„ т,е, на выходе днфференцирующего блока 16 присутствовало напряжение логической единицы, Рабочие точки составных транзисторов 15 дифференцирующих блоков

16 и 18 выбраны так, чтобы они находились в начале и в конце активной области характеристики транзисторов соответственно.

Конденсатор 19, сопротивление, образованное параллельным соединением резисторов 20 и 21, и сопротивление составного транзистора 15 со стороны базы выполняют функцию дифференцирующей КС-цепочки. Если напряженке на входах дифференцирующих блоков 16 и

dU>

18 не изменяется т е — — = О то

dt они находятся в нормальном состоянии.

Если напряжение П увеличивается, « Ох т.е. — — ) О, то на выходах RC-цепочек

dt выделяется некоторое положительное напряжение, которое приводит к открыванию составного транзистора 15 первого дифференцирующего блока 16 и появлению его на выходе напряжения логического нуля, а также к еще большему открыванию составного транзистора 15 второго дифференцирующего блока 18 к неизменности его выходного напряжения, Если напряжения на входах дифференцирующих блоков 16 и 18 уменьшаdUx ется т.е, — — сО то на выходах Й

RC-цепочек выделяется некоторое отрицательное напряжение, которое приводит к закрыванию составного транзистора 15 второго днфференцирующего блока 18 и появлению на его выходе напряжения логической единицы, а также к еще большему закрыванию составного транзистора 15 первого дкфференцирующего блока 16 и неизменности его выходного напряжения, что иллюстрируется таблицей, О

dUx

О если — — = О

20 U =Võ 2gU х

Выходы дифференциаторов

1 1

Первого х„ Второго х f

Здесь f — функция управления, 1 если — -) О, или сО.

dUx dUx

Ф

dt dt

1327293 4 напряжение логической единицы, что приводит к,появлению сигнала f--1 на шине 13 управления, что, в свою очередь, приводит к появлению на выходе

5 второго элемента И-НЕ 30 и шине 29 обратной связи импульсов генератора.

Единичный сигнал на шине 13 приводит к прохождению тока через светодиод

ll и третий токоограничивающий элемент 12. Сопротивление обратно вклю" ченного фотодиода 10 резко уменьшается и через второй токоограиичивающий элемент 9 начинает протекать ток, вызванный напряжением на выходе эмиттерного повторителя 6. На выходе эмиттерного повторителя 8 аналогово" го ключа 7 и на шине 27 сигнала появляется напряжение

Исходя из таблицы, 2 1 что реализуется инвертором 17 и первым элементом И-НЕ 14. Таким образом, если входное напряжение неизменно, то на шине 13 управления присутствует налряжение логического нуля. Если входное напряжение изменяется, то на шине 13 управления — напряжение логической единицы. Чувствительность дифференцирующих блоков зависит от величин емкости конденсатора 19, резисторов 20 и 21, сопротивления составного транзистора 15 со стороны базы, а также коэффициента усиления составного транзистора 15.

Порог срабатывания i-ro разряда

l.i. U порог l.i устанавливается 4 соотношением плеч резисторов 23 и 24 делителя напряжения каждого разряда: смаке амин

U 1

r1 п

Тогда в момент, когда на шине 29 об0 ратной связи присутствует напряженяе логической единицы, возбуждаются младших разрядов 1.1...,1.i. По кол" лекторяой цепи транзистора 25 каждого из младших i разрядов 1.1,...1.i начинает протекать ток, что вызывает

5 включение светодиодов 3, 34, 35. Световой поток светодиода 35 обратной связи поступает на фотодиод 28 обратной связи, что приводит к резкому уменьшению его обратного сопротивления. При этом в базу транзистора 25 каждого из младших i разрядов 1.1,...

° .,l.i поступает дополнительный ток, обусловленный напряжением логической единицы на шине 29 обратной связи, что приводит к еще большему открыванию транзистора 25 каждого из младших разрядов 1.1,...,1.i.

Световой поток от светодиода 34 б0 гашения поступает на фотодиод 32 гашения предыдущего разряда, что приводит к резкому уменьшению его обратного сопротивления, но гашения не происходит, так как на шине 13 уп55 равления присутствует напряжение логической единицы. Поскольку транзистор 25 каждого из i младших разрядов 1.1,...,1.i открыт, то налряжение на его коллекторе несколько

U порог 1.1. = П„„„;

U порог 1е.n = U««1

Пмакс-Пм ин

U порог 1. i п где U èí H Пмакс минимальна" H McLK симальная точки напряжения, которые регистрируются АЦП.

Рассмотрим работу АЦП в режиме единично-нормального кода.

В режиме единично-нормального кода ключ 39 управления замкнут, Поэтому составной транзистор 15 второго дяфференцирующего блока 1б закрыт и на выходе последнего присутствует где U — падение напряжения на ап переходе база-эмиттер эмиттерного повторителя.

Предположим, что

5 !3 выше нуля, что приводит к открыванию третьего разделительного диода 36 и через цепь: токоограничивающий эле" мент 37, разделительный диод 36 транзистор 25 начинает протекать ток, минуя светодиод 38 гашения.

Светодиод 38 гашения не включен.

Световой поток не поступает на фотодиод 33 гашения последующего разряда. Поэтому его обратное сопротивление велико.

В старших п-1 невозбужденных разрядах ток по коллекторной цепи транзистора 25 не протекает, Поэтому светодиоды 3, 34, 35 не включены.

Обратное сопротивление фотодиода 28 обратной связи велико, Дополнительный ток в цепь базы транзистора, 25 не поступает. Сопротивление фотодиода 32 гашения старших и-i+1 разря-, дов велико и гашения не происходит, Поскольку транзистор 25 в каждом из старших и-1 разрядов закрыт, то на

его коллекторе — высокий потенциал, что приводит к закрыванию разделитель ного диода 36 и протеканию тока по цепи: токоограничивающий элемент 37, светодиод 38 гашения. При этом светодиод 38 гашения включен. Световбй поток от него поступает на фотодиод

33 гашения последующего разряда, что приводит к резкому уменьшению его обратного сопротивления„ Таким образом, оператор наблюдает свечение индикационных светодиодов 3 младших !. разрядов 1,1,...,1.i соответствующих величине .входного аналогового напряжения.

По окончании импульса на шине 29 обратной связи устанавливается напряжение логического нуля, что приводит к открыванию фотодиодов 28 обратной связи, которые в данном случае оказываются в прямом включении, Через них протекает ток гашения и происходит сброс возбужденных разрядов, Таким образом, при работе в режиме единично-нормального кода производится дискретизация во времени аналогового напряжения U„ импульсами генератора

5 импульсов.

При работе в режиме единичного нормально-позиционного кода ключ 39 разомкнут, Если входной аналоговый сигнал U èçìåíÿåòñÿ, т.е. dU ,о, то на шине 13 управления присутствует напряжение логической единицы и работа устройства аналогична укаэанной.

27293

Предположим, что напряжение U увеличивалось, и достигло величины

Пмак - Цчи н

U = — --- — -- — — i = const

Х1 п

Возбудилось i младших разрядов сШу

1. 1,..., 1. i.,Поскольку — — = О, то сlt на шине 13 управления присутствует напряжение логического нуля, что приводит к установлению на шине 29 обратной связи напряжения логической единицы. Ток через светодиод 11 и токоограничивающий элемент 12 не про-!

5 . текает, что приводит к увеличению сопротивления фотодиода 10, что в свою очередь, приводит к резкому уменьшению тока, проходящего через токоограничивающий элемент 9 в цепь базы эмиттерного повторителя 8 аналогового ключа 7. Ток в эмиттерной цепи эмиттерного повторителя 8 очень мал ° Поэтому на выходе аналогового ключа 7 и шине 27 сигнала напряжение практически равно нулю, но включение младших разрядов 1,1...,,1,i не гасится по шине сигнала 27, так как между шиной 27 сигнала и резистором

24 включен разделительный диод 26, 30

Так как разряд 2 включен то светоs вой поток от второго светодиода 34 гашения второго разряда 1.2 поступает на второй фотодиод 32 гашения первого разряда 1.1, Обратное сопротивление этого фотодиода резко умень35 шается и происходит гашение первого разряда 1.1, поскольку на шине 3 управления присутствует напряжение логического нуля.

После гашения первого разряда 1.1 на коллекторе транзистора 25 первого разряда устанавливается высокий потенциал, что приводит к включению светодиода 38 гашения первого раз 5 ряда 1.1 Световой поток от этого светодиода поступает на фотодиод 33 гашения второго разряда 1.2. Обратное сопротивление этого фотодиода резко уменьшается, Так как фотодиод

50 32 гашения второго разряда 1.2 имеет также малое обратное сопротивление, поскольку он оснащен световым потоком от светодиода 34 гашения третьего разряда 1,3, происходит гашение

55 второго разряда 1 ° 2, Таким образом, происходит последовательное гашение младших i-1 разрядов !,1.. .1, i-l, Разряд 1 гасится, поскольку фотодиод 32 гашения разряда l.i не осве13272

7 щен. Поэтому сопротивление этого фотодиода большое.

Если входное напряжение U опять к изменяется, то на шине 13 управления появляется напряжение логической еди5 ницы, что приводит к прохождению импульсов на шину 29 обратной связи от генератора 5. Первой же паузой между импульсами на шине 29 происходит сброс возбужденного разряда 1.i. 10

Таким образом, если входное напряжение U не изменяется, то АЦП преобразует входной сигнал в единично-позиционный код, если же U --изменяется, то во время преобразования 15 входного сигнала производится его представление в единично-нормальном коде, соответствующем количеству возбужденных разрядов АЦП, Такой режим работы по сравнению с прототипом при-gp водит к повышению информативности процесса преобразования входного сигнала, так как существенно упрощается процесс "диалога" оператора с устройством, что в конечном счете расширя- 25 ет область применения АЦП.

Снижение потребляемой мощности

АЦП обусловлено тем, что в режиме единичного нормально-позиционного кода не изменяющийся аналоговый сигнал представляется одним соответствующим возбужденным разрядом и энергию источника питания потребляет лишь этот один возбужденный разряд.

Формула изобретения

1, Аналого-цифровой преобразователь, содержащий и, по числу разрядов, первых токоограничивающих элементов, и индикационных светодиодов, аноды которых объединены и являются шиной питания, а катоды подключены к первым выводам первых токоограничивающих элементов соответствующих разрядов, 45 отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности получения выходных кодов различных видов и снижения потребляемой мощности, в него введены генератор импульсов, согласующий блок, выполненный на эмиттерном повторителе, аналоговый ключ, ключ управления, первый и второй дифференцирующие блоки, первый и второй элементы

И-НЕ, элемент НЕ, и делителей напряжения, п ключевых элементов на транзисторах, и-2 вторых токоограничиванящих элементов, и первых разделитель93 8 ных диодов, и .фотодиодов обратной связи, п-l вторых разделительных диодов, и-1 первых фотодиодов гашения, и-2 вторых фотодиодов гашения, и-1 первых светодиодов гашения, и светодиодов обратной связи, и-2 третьих разделительных диодов и п-2 вторых светодиодов гашения, катод каждого из которых в каждом i-м разряде, где .

i=i,2,...,ï-2, является шиной нулевого потенциала, анод соответственно соединен с анодом третьего разделительного диода соответствующего разряда и через соответствующий второй токоограничивающий элемент подключен к шине питания, а катод третьего разделительного диода соединен с коллектором транзистора соответствующего разряда, эмиттеры транзисторов всех разрядов объединены и являются шиной нулевого потенциала, а базы подключены к анодам соответствующих фотодиодов обратной связи, катоды которых объединены и подключены к выходу второго элемента И-НЕ, первый вход которого, соединен с выходом генератора импульсов, а второй вход объединен с первым входом аналогового ключа и с катодами вторых разделительных диодов всех разрядов и подключен к выходу первого элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого дифференцирующего блока, а второй вход через элемент HE подключен к выходу второго дифференцирующего блока, первый вход которого объединен с первым входом первого дифференцирующего блока и подключен к первому выходу эмиттерного повторителя, второй вход объединен с вторым входом первого дифференцирующего бло ка и является шиной питания, а третий вход второго дифференцирующего блока через ключ управления подключен к шине нулевого потенциала, катод первого разделительного диода в каждом разряде соединен с первым входом делителя напряжения соответствующего разряда, выход которого соединен с базой транзистора соответствующего разряда, а второй вход является шиной нулевого потенциала, аноды всех первых разделительных диодов объединены и подключены к выходу аналогового ключа, второй вход ко.— торого соединен с вторым выходом эмиттерного повторителя, вход которо" го является входной шиной, второй вывод первого токоограничивающего эле". 9 132 мента каждого as n разрядов соединен с анодом соответствующего светодиода обратной связи, катод каждого иэ которых, кроме первого, соединен с анодом первого светодиода гашения соответствующего разряда, катод которого подключен к коллектору соответствующего транзистора, база транзистора каждого i-го разряда, где i 2,3,... ...,n-1, соединена с катодом соответствующего второго фотодиода гашения, анод которого соединен с катодом соответствующего первого фотодиода гашения, аноды первых фотодиодов гашения всех разрядов подключены к анодам соответствующих вторых разделительных диодов, база транзистора перaoro разряда соединена с катодом первого фотодиода гашения первого разряда, катод светодиода обратной связи первого разряда соединен с коллектором транзистора первого разряда, причем первые светодиоды гашения каждого, кроме перового, разряда оптически соединены с первыми фотодиодами гашения соответствующего предшествующего разряда, светодиоды обратной связи каждого разряда оптически соединены с соответствующими фотодиодами обратной связи, а вторые светодиоды гашения каждого i-го разряда, где " i. = 1,2,..., n-2, оптически соединены с вторыми фотодиодами гашения соответствующего i+1 разряда.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что аналоговый ключ выполнен на согласующем

7293 10 элементе, эмиттерном повторителе, двух токоограничивающих элементах, фотодиоде и светодиоде, анод которого является первым входом аналогового ключа, вторым входом которого является катод фотодиода, анод которого через первый токоограничивающий элемент соединен с входом эмиттерного повторителя, выход которого является

10 выходом аналогового ключа, при этом катод светодиода через второй токоограничивающий элемент подключен к шине нулевого потенциала.

15 3. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что дифференцирующий блок выполнен на конденсаторе, делителе напряжения, двух резисторах, нагрузочном резисторе и

20 составном транзисторе, эмиттер которого является шиной нулевого потенциала, а коллектор объединен с первым выводом нагруэочного резистора и является выходом дифференцирующего

25 блока, первым входом которого является первый вывод конденсатора, второй вывод которого объединен с первыми выводами первого и второго резисторов и подключен к базе составного тран30 зистора, при этом второй вывод первого резистора объединен с вторым выводом нагрузочного резистора и является вторым входом дифференцирующего блока, третьим входом которого является вто35 рой вывод конденсатора, а второй вывод второго резистора является шиной нулевого потенциала, Составитель В, Войтов

Редактор И, Касарда Техред Л.Сердюкова Корректор И, Муска

Заказ 3399!55 Тираж 901

ЗНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4