Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено для преобразования аналогового сигнала в .код. Цель изобретения - повышение точности - достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий резистивный датчик 1, стабилизатор 2 тока, усилительный элемент 3, выполненный на полевом транзисторе, операционный усилитель 6, введены источник 4 питания, источники 7, 10 опорного напряжения, стабилизатор 5 тока, преобразователи 8, 9 напряжения в частоту, вычитатель 11 частот. 4 ил.. сл с: оо ел со

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19> (И) (51)4 H 03 М 1/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ .КОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3791817/24-24 (22) 17 ° 09.84 (46) 15. 11.87. Бюл. и 42 (71) Физико-технический институт низких температур АН УССР (72) В.Е. Попов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 760443, кл. Н 03 К 13/20, 1980.

Авторское свидетельство СССР

1(789763, кл. G 01 R 17/02, 1979 ° (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено для преобразования аналогового сигнала в .код. Цель изобретения — повьпнение точности — достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий резистинный датчик 1, стабилизатор 2 тока, усилительный элемент 3, выполненный на полевом транзисторе, операционный усилитель 6, введены источник

4 питания, источники 7, 10 опорного напряжения, стабилизатор 5 тока, преобразователи 8, 9 напряжения в частоту, вычитатель 11 частот. 4 ил., 2 .п.ф. (2) -U =JR

1 г

-Е г R

1 135261

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено для преобразования аналогового сигнала в код.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 изображена функциональная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 — функциональная схема преобразователя напряжения в частоту, на фиг. 3 — функциональная схема вычитателя частот; на фиг. 4 — временные диаграммы работы вычитателя частот. 15

Преобразователь содержит реэистивный датчик 1, стабилизатор 2 тока, усилительный элемент 3, выполненный на полевом транзисторе, источник 4 питания, стабилизатор 5 тока, операционный усилитель 6, источник 7 опорного напряжения, преобразователи 8 и 9 напряжения в частоту, источник 10 опорного напряжения и вычитатель 11 частот. 25

Преобразователь напряжения в частоту (фиг. 2) содержит накопительные элементы 12 и 13, выполненные на конденсаторах, токоограничивающие элементы 14 и 15, выполненные на резисторах, нелинейный элемент 16, выполненный на варикале, накопительные элементы 17 и 18, выполненные на конденсаторах, инерционный элемент

19, выполненный на катушке индуктив35 ности, накопительный элемент 20, выполненный на конденсаторе, генератор 21 частоты и формирователь 22 импульсов.

Вычитатель частот (фиг. 3) содер40 жит ключи 23 и 24, блок 25 реверсивных счетчиков импульсов, формирователь 26 командных импульсов, блэк

27 триггеров и генератор 28 тактовых импульсов.

На временной диаграмме (фиг. 4)

45 обозначены: U — напряжение на выходе генератора 28 Б, U> U< напряжения на выходах формирователя 26, Аналого-цифровое преобразование

50 с коррекцией нелинейности резистивного датчика 1 осуществляется следующим образом.

Запитывая две цепи резистивного датчика 1 равными стабилизированными токами 3 от стабилизаторов 2 и 5 тока, получают первое и второе напряжения U и Б

U(= T(R +3К)=Ц +3JR г (1) где R — сопротивление датчика кото2

У рое может изменяться нелинейно, R — сопротивление каждого из

его выводов.

Разность U -U при любых значениях R пропорциональна только сопротивлению датчика:

Отсюда следует, что при осуществлении линейного преобразования напряжения в частности U =K f

U = К Е разность частот окажется пропорциональной сопротивлению датчика и независящей от величины R: где К вЂ” коэффициент линейного преобразователя U/f.

Коррекция нелинейности датчика 1 осуществляется в аналоговом тракте путем использования при преобразовании напряжения в частоту вариакапа .

16 (фиг. 2), который включен в частотно задающую цепь генератора 21.

Поскольку величина R сопротивле- . ния проводов датчика является независимой переменной, возникает погреш ность из-за смещения опорной точки на характеристике варикапа 16, При таком смещении, вызванном изменением величины R будет неоднозначной нелинейная добавка, получаемая в частотном сигнале за счет нелинейности характеристики варикапа 16.

Для ее компенсации на полевом транзисторе 3 формируется напряжение

U из условия

Uîö Бъ+Б =Бз+ЗЗК = const, (3) где Б„ †. опорное напряжение на выходе источника 7, При этом обратная связь, осуществляемая через операционный усилитель

6, стабилизирует напряжение на выходе стабилизатора 5 на уровне U „, заданном источником 7.

Напряжение на первом выводе резистивного датчика 7

U =U +U = U +const с 3 ф

U const+1, Б +И. = const 2;

N =-. (f,-f,„)(.

35

55 з 13

Стабильное напряжение источника 4 распределяется на трех элементах цепи так, что образуется две стабильные составляющие: где Ус„ — падение напряжения на стабилизаторе 5;

U - падения напряжения на проводах;

U — падение напряжения на поз левом транзисторе 3.

Падение напряжения на проводах

U может изменяться независимо при подключении датчиков с разной длиной проводов и, следовательно, сопротивлением R проводов, однако сумма

Uz+U всегда неизменна. Этим обеспечивается соблюдение необходимого требования, чтобы U зависело от сопротивления и не зависело от сопротивления проводов R.

Для воспроизведения различных . видов нелинейных характеристик устройство настраивают определенным образом.

Для характеристик возрастающей и спадающей выпуклых книзу при положительной полярности управляющих напряжений варикап подключается в полярности, указанной на фиг. 2. Напряжение источника 10 U устанавливается меньшим наименьшего значения управляющего напряжения U во всем диапазоне его изменений, а частота

f „ настройки генератора 21 — большей наибольшего значения сигнальной частоты f „„„, во всем .диапазоне ее изменений, Для возрастающей и спадающей вогнутых книзу характеристик варикап подключается противоположной полярностью, и устанавливается

Пион -рр макс ф s fon с мич

> П

Подгонка требуемых численных зна-. чений частот на краях и в середине . интервалов изменений сопротивления

R производится подбором значений катушки 12 конденсаторов 20, 17, 18 и величиной токов J стабилизаторов

2 и 5 и напряжений на выходах источников 7 и 10.

С выходов преобразователей 8 и 9 (фиг. 1) импульсы с частотами соответственно f, и f,„ поступают на входы вычитателя 11. Выходные импуль52619 4 сы преобразователей 8 и 9 подаются на входы ключей 23 и 24. Генератор

28 синхронизирует работу формирователя 26, который при поступлении каждого импульса формирует серию иэ четырех последовательных импульсов, временная диаграмма которых приведена на фиг. 4. Первый импульс производит сброс блока 25 в нулевое состояние, второй импульс открывает ключ 24 на определенное время (выход б), в течение Которого ключ пропускает импульсы с частотой f ä на вычитающий вход счетчика, третий импульс по окончании второго (выход в) открывает на такое же время ключ 23 и пропускает импульсы с частотой Г на суммирующий вход блока

25. Поскольку серии импульсов подаются в блок 25 в течение одинаковых отрезков времени, число N записанное в блоке 25, будет пропорционально разности частот входных импульсов:

Следующий четвертый импульс (выход г) открывает для приема информации блок 27, и код числа N оказывается переписанным на выходе блока

27, где хранится до следующего цикла измерения.

Формула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий измерительный блок, резистивный датчик, первый вывод которого соединен с выходом первого стабилизатора тока, усилительный элемент, выполненный на полевом тран- . зисторе, исток которого соединен с вторым выводом реэистивного датчика, затвор — с выходом операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены источник питания, первый источник опорного напряжения, второй стабилизатор тока, а измерительный блок выполнен на двух преобразователях напряжения в частоту, втором источнике опорного напряжения, вычитателе частот, выходы которого являются выходными шинами, первый и второй вхоДы соединены с соответствующими выходами первого и второго пре25

5 13526 образователей напряжения в частоту, первые входы которых соединены соответственно с первым и третьим выводами резистивного датчика, вторые входы объединены и соединены с пер5 вым выводом второго источника опорного напряжения, второй выход которого является общей шиной, причем третий вывод резистивного датчика соединен с выходом второгз стабилизатора тока и инверсным входом операционного усилителя, прямой вход которого соединен с первым выходом первого источника опорного напряжения, второй выход которого объединен с первым выходом источника питания, соединен. со стоком полевого транзистора и является общей шиной, второй выход источника питания соединен с входами первого и второго стабилизаторов тока.

2 ° Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что пре» образователь напряжения в частоту выполнен на пяти накопительных элементах, выполненных на конденсаторах, нелинейном элементе, выполненном на варикапе, двух токоограничивающих элементах, выполненных на резисторах, инерционном элементе, выполненном на катушке индуктивности, генераторе частоты, формирователе импуль.сов, выход которого является выходом преобразователя напряжения в частоту, а вход соединен с выходом генератора частоты, первый вход которого соединен с первыми выводами катушки индуктивности, первого и второго конденсаторов, второй вход — с

40 вторыми выводами катушки индуктивнос19 ти и первого конденсатора, первым выводом третьего конденсатора, второй вывод которого, соединен с первыми выводами первого резистора и варикапа, второй вывод которого соединен с вторым выводом второго конденсатора и первым выводом второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов соединены соответственно с первыми выводами четвертого и пятого конденсаторов и являются вторым и первым входами преобразователя напряжения в частоту„ вторые выводы четвертого и пятого конденсаторов явВ ляются общей шиной, 3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что вычитатель частот выполнен на двух ключах, формирователе командных импульсов, блоке реверсивных счетчиков импульсов, блоке триггеров, генераторе тактовых импульсов, выход которого соединен с информационным входом формирователя командных импульсов, первый, второй, третий и четвертый управляющие выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго ключей, блока реверсивных счетчиков импульсов, блока триггеров, выходы которых являются выходами вычислителя частот, информационные входы соединены с соответствующими выходами блока реверсивных счетчиков импульсов, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго ключей, информационные входы которых являЯ ются соответственно первым и вторым входами вычитателя частот.

1352619

4Ьг3

Составитель А.Титов

Техред М.Ходанич

Корректор Г.Решетник

Редактор А.Лежнина

Тираж 900 Подписное

BHHHIgf Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5 Заказ 5575/55

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