Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электроизмерительньк приборах и приборах для научных исследований . Целью изобретения является уменьшение погрешности преобразования. Отличие преобразователя состоит в том, что он дополнительно содержит входные резисторы, так что число входных резисторов равно числу входных зажимов. операционный усилитель (ОУ), добавочные ключи и три резистора, причем каждый входной резистор соединен одним выводом с входным зажимом, а другим выводом - с сигнальным входом одного из входных ключей. Сигнальный вход каждого добавочного ключа соединен с сигнальным входом из входных ключей, а управляющий вход каждого добавочного ключа соединен с управляющим входом соответствующего входного ключа. Сигнальные выходы добавочных ключей соединены с инвертирующим входом добавочного ОУ, выход которого связан с неинвертирующим входом ОУ и через первый резистор с инвертирую-, щим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом ОУ. Инвертирующий вход ОУ соединен с сигнальными выходами входных ключей . через второй резистор, инвертирующий вход компаратора соединен с его выходом через третий резистор, а неинвертирующий вход добавочного ОУ соединен с общей шиной. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. (/; с

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1410274 А1 (51)4 Н 03 М 1 52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4081622/24-24 (2?) 07.04.86 (46) 15.07.88. Бюл. Ф 26 (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник" и Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов (7?) О.Н.Сипягин и Л.А.Ипарберг (53) 681.325 (088.8) (56) Патент СНА Р 4033364, кл. Н 03 К 13/02, 1978.

Electronic Design, 1968, У 26, с. 64, рис. 7. (54) ИНТЕГРИРУИЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электроизмерительных приборах и приборах для научных исследований. Целью изобретения является уменьшение погрешности преобразования. Отличие преобразователя состоит в том, что он дополнительно содержит входные резисторы, так что число входных резисторов равно числу входных зажимов, операционный усилитель (ОУ), добавочные ключи и три резистора, причем кажпый входной резистор соединен одним выводом с входным зажимом, а другим выводом — с сигнальным входом одного из входных ключей. Сигнальный вход каждого добавочного ключа соединен с сигнальным входом из входных ключей, а управляющий вход кажпого добавочного ключа соединен с управляющим входом соответствующего входного ключа. Сигнальные выходы добавочных ключей соединены с инвертнрующим входом добавочного ОУ, выход которого связан с неинвертирующим входом ОУ и через первый резистор с инвертирую-. o щим входом компаратора, неинвертируюе щий вход которого соединен с выходом ф/

%<У

ОУ. Инвертирующий вход ОУ соединен с . сигнальными выходами входных ключей . C через второй резистор, инвертирующий вход компаратора соединен с его выходом через третий резистор, а неинвертирующий вход добавочного ОУ соединен с общей шиной. 1 з.п.h-лы, фы

2 ил.

1410274

Изобретение относится к электроиз— мерительной технике и может быть использовано в электроизмерительных приборах и приборах для научных иссле5 дований.

Целью изобретения является умень, шение погрешности преобразования.

На фиг.1 приведена принцпиальная электрическая схема интегрирующего 1ð

AIUI на фиг.2 — пример выполнения устройства управления.

АЦП содержит интегратор, выполненный на первом операционном усилителе (ОУ) 1, конденсаторе 2 и резисторе 3, 15 компаратор 4, резисторы 5-7, блоки

8 и 9 ключей, второй операционный усилитель 10, устройство управления

11 и резисторы 12 и 13.

Устройство управления содержит re- 20 нератор импульсов 14, элементы И 1519, триггеры 20-22, элемент задержки

23, инвертор 24, формирователь импульсов 25, 26 и счетчики 27 и 28.

АПП работает следующим образом. 25

В начальный момент времени конденсатор 2 разряжен (Uр = О). В первом

1 такте интегрирования замыкаются ключи из блоков 8 и 9, соединенные с резистором 5. При этом ток от источ- 30 ника напряжения Б „ через входной зажим, резистор 5, ключ и резистор поступает на вход ОУ 1. Конденсатор 2 заряжается, интегрируя поступающий ток I . Через ключ из блока 9, сое- 35 бх диненный с резистором 5, напряжение ( с правого (по схеме) вывода резистора 5 поступает на инвертирующий вход

ОУ 10. Так как неинвертирующий вход

ОУ 10 соединен с общей точкой, а его выход с неиннертирующим нходом ОУ 1, то по цепи обратной связи, включающей ОУ 1, конденсатор 2, резистор 3 и замкнутые ключи, потенциал правого вывода резистора 5 поддерживается 45 равным нулю за время Тц - интегрирования входного напряжения Б . Так как обратная связь должна быть отрицательной, то, поскольку выход ОУ 10 может быть соединен лишь с неинвертирующим входом ОУ 1, требуется, чтобы к резистору 5 через ключ из блока

9 подключился инвертирующий вход

ОУ 10. При этом ток заряда конденсатора 2 определяе rcH по формуле I„ = 55 — U /R где R — сопротивление ре-нэ 1 зис тора 5, независимо от сопротивления r замкнутого ключа из блока 8 К и сопротивления резистора 3, конденсатор 2 заряжается линейно. Так как напряжение на правом выводе резистора 5 поддерживается равным нулю, то протекающий ток заряда создает на замкнутом ключе блока 8 и резисторе

3 падение напряжения такое, что полярность напряжения на входе ОУ оказывается противоположной полярности UJJ» а его величина определяется по формуле гк+ R4

U U ьх где r — сопротивление замкнутого к

< ключа, R — сопротивление резистора 3 °

Ф

Линейный заряд конденсатора ? начинается от напряжения U < относительно общей точки. В то же время относительно неинвертирующего входа

ОУ 1 и выхода ОУ 10, он начинался от нуля. При этом напряжение на конденсаторе 2 определяется по формуле

I ex

С1 с у

1 где t — время от начала заряда, с — емкость конденсатора 2.

В конце первого такта интегрирования длительностью Тд конденсатор 2 оказывается заряженным до напряжения

Itx 0ьх

U = ---Т = ---- Т с " R c

1 1 1

Ео2 или 1 с, >

Ео

РаЪр р

2 где R2 — сопротивление резистора 6, Ry — сопротивление резистора 7.

По окончании первого такта интегрирования ключи блоков 8 и 9, сигнальные входы которых были соединены с резистором 5, размыкаются устройством управления 11. Устройство управления, в зависимости от полярности входного напряжения, замыкает в блоках 8 и 9 либо те ключи, сигнальные входы которых соединены с резистором

6, либо те, которые, соединены с резистором 7, При этом от входных зажимов через резистор 6 или 7, соответствующий ключ блока Я и резистор

3 на вход ОУ 1 поступает ток, направление которого противоположно направлению тока н первом такте интегрирования, Величина этого тока ранна з 14

При этом напряжение на инвертирующем и неинвертирующем входах ОУ 1 равно

rk+ Н4 rê R

Е = -Е - -- — или E = -Е о

01 02 Р

Хотя напряжение на входах ОУ 1 в момент переключения ключей изменяется с U „F. или Е0д, напряжение (l l

0 заряда конденсатора 2 U c не меняется. Так как направление тока на входе ОУ 1 изменилось на противоположное, начинается линейный разряд конденсатора 2 до нуля. Время разряда определяется выражением: о Ucg

Т = с — ——

1Т о

Р 3р т.е.

R2 кэ

T x = Tg Ugx — --- HJIH T = T Ugx

oi

Е 02R

Таким образом, время разряда конденсатора 2 пропорционально входному напряжению, т.е. осуществляется преобразование входного напряжения в интервал времени.

Для завершения процесса преобразования компаратор 4 в момент равенства нулю напряжения на конденсаторе 2 должен изменить состояние, подавая на устройство управления 11 сигнал об окончании второго такта интегрирования (момент времени Т ), Для этого один из входов компаратора 4 соединен с выходом ОУ 1. Если второй вход компаратора 4 будет при этом подключен, например, к нулевой точке, то компаратор 4 изменит состояние не в момент времени, когда напряжение на конденсаторе 2 равно нулю, а в момент времени, когда сумма — напряжение на конденсаторе 2 и Е („или Š— равна нулю. Нельзя также подключить второй вход компаратора к точке с напряжением, равным

Е 0, или Е 2, так как полярность этих (l напряжений зависит от полярности входного напряжения, а величина — от напряжения Е „, Е 02 и сопротивления резисторов 6 и 7. Таким образом, второй вход компаратора должен быть соединен с неинвертирующим входом

ОУ 1 или, с выходом ОУ 10. Так как напряжение между входами операционного усилителя (без учета напряжения смещения) равно нулю, такое соедине10?74 ние эквивалентно подключению входов компаратора 4 параллельно конденсатору 2, что и требуется.

Напряжение на выходе компаратора

4 определяется выражением

Пьых= ("sx, — "Ьх,)1 "вх, ° где U — напряжение на неинвертирувх, ющем входе компаратора

U > — напряжение на инвертирующем входе компаратора, .R5

15 = Яв

P5 — сопротивление резистора 13;

Рб — сопротивление резистора 12.

Выходное напряжение компаратора складывается из двух составляющих— напряжения, вызванного напряжением на конденсаторе 2, и напряжения противоположной полярности, вызванного входным синфазным сигналом.

Формула изобретения

1. Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий интегратор, выполненный на конденсаторе, 45 первом резисторе и первом операционном усилителе, выход которого через конденсатор соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и первым выводом первого резисто5О ра, второй вывод которого. соединен с выходами трех ключей, компаратор, выход которого подключен к входу устройства управления, первый, второй и третий выходы которого соединены с управляющими входами первого, второго и третьего ключей соответственно, а группа выходов является выходной шиной, резисторы с второго по пятый, входную и две опорные шины, о т л иПри U „ = О напряжения на входах компаратора 4 равны (F или E 02) . . следовательно, такое же напряжение и на выходе компаратора, т.е. коэффициент передачи компаратора по син30 фазному сигналу равен единице. Выбирая Е,, Е 02 равным напряжению сра6а(l тывания логических элементов устройства 11, устраняем дополнитель.ную погрешность, вызванную инерционностью компаратора 4. Требуемая величина напряжений Е, Е может быть подобрана изменением сопротивления резистора.

5 14 ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования, в него введены шестой резистор, три дополнительных ключа и второй, операционный усилитель, инвертирующий вход которого через соответствующие первый, второй и третий дополнительные ключи подключены к информационным входам первого, второго и третьего ключей и первым выводам второго, третьего и четвертого резисторов, вторые выводы которых являются соответственно входной и первой и второй опорными шинами, неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общей шиной, а, выход — с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и через пятый резистор с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход через шестой резистор соединен с инвертирующим входом компаратора, управляющие входы дополнительных ключей объединены с управляющими входами первого, второго и третьего ключей соответственно.

?. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что уст.ройство управления выполнено на генераторе импульсов, пяти элементах И, инверторе, элементе задержки, двух формирователях импульсов, трех триггерах, двух счетчиках, выход первого из которых является группой выходов ( блока, вход сброса объединен с входом сброса второго счетчика, входом установки "1" первого триггера, первым

10274 6 входом первого формирователя импульсов и подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого непос5 редственно а второй — через элемент

У задержки соединен с выходом второго триггера, объединен с первым входом второго элемента И и является первым выходом блока, второй вход второго элемента И объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к первому выходу генератора импульсов, второй выход которого соединен с входом установки "1" второго триггера и входом сброса третьего триггера, выход которого является шиной полярности к первому входу четвертого элемента И непосредственно и к первому входу пятого элемента И че2О рез инвертор, вторые входы третьего, четвертого и пятого элементов И объединены и подключены к выходу первого триггера, выход третьего элемента И соединен со счетным вхо25 дом первого счетчика, а выходы четвертого и пятого элементов И являются соответственно вторым и третьим выходами блока, выход переполнения второго счетчика соединен с входом сброса второго триггера, вход установки "1" третьего триггера подключен к выходу первого формирователя импульсов, второй вход которого объединен с входом второго формирова35 теля импульсов и является входом блока, а выход второго формирователя импульсов соединен с входом сброса пер-. вого триггера, выход второго элемента И подключен к счетному входу втощ рого счетчика

1410274 фиг 1

Vb. фиг 2

Составитель Н.Козлов

Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Редактор Н.Горват

Тираж 928 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам téoáðåòåíèé и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3495/57

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