Аналого-цифровой преобразователь

 

ОПИСАНЙЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

323789 боюз Соввтокиз

Социзлистичвскиз

Рвспублив

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 14ЛХ.1970 (¹ 1467868/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

М. Кл. G 06j 3/00

G 06f 3/05

Н 03k 13 20 комитет ло делом изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

Опубликовано 10.Х11.1971. Бюллетень № 1 за 1972

Дата опубликования описания 13.IV.1972

УДК 681.325(088.8) Авторы изобретения

Э. К. Шахов, В. М. Шляндин и В. Г. Овчинников

Пензенский политехнический институт

Заявитель

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ это вре1 — т.

2 преобраИзобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники.

Известен аналого-цифровой преобразователь, принцип действия которого основан на промежуточном преобразовании напряжения в относительную величину временного интервала. Входное преобразуемое напряжение через две идентичные интегрирующие RC-цепи подается на входы дифференциального УПТ.

На одну интегрирующую цепь подается образцовое напряжение, полярность которого изменяется всякий раз, когда выходное напряжение УПТ достигает одного из двух опорных уровней. При этом отношение разности формируемых интервалов, соответствующих включению положительного и отрицательного образцового напряжения, к их сумме прямо пропорционально величине преобразуемого напряжения и не зависит от большинства параметров узлов и элементов схемы.

Быстродействие известного преобразователя, например, при воздействии вида скачка входного напряжения характеризуется временем установления, равным т, где т — постоянная времени интегрирующей

RC-цепи со стороны входного напряжения, а и зависит от требуемой точности установления (n=5 — 10).

В предлагаемом преобразователе мя сокращено до величттны, меньшей

Входное сопротивление известного зователя равно а +Лвх

2 где R — суммирующее сопротивление инте10 грирующей цепи со стороны входного напряжения;

R» — входное сопротивление дифференциального УПТ (при этом R;, « R„.)

В предлагаемом преобразователе величина

15 входного сопротивления повышается в 2 раза.

В известном преобразователе суммирующие сопротивления интегрирующей цепи со стороны входного напряжения и образцового напряжения оказывают взаимное шунтирующее

20 действие на интегрирующую цепь, что приводит к увеличеьчпо погрешности нелинейности интегрирования.

В предлагаемом устройстве это взаимное шунтирующее действие исключено.

25 Эти преимущества достигнуты за счет того, что в предложенном преобразователе один вход дифференциального УПТ соединен непосредственно с входным зажимом преобразователя, а другой через резистор и конденсатор

ЗО подключен соответственно к общей шине и че323789

Действительно:

10 (4) 15

Uo+ Ux

VCP—

Ъ

R1Ñ2

Vo 1х

cs R,C, рез электронный переключатель к источнику образцового напряжения.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — временная диаграмма работы устройства.

Преобразователь содержит сопротивление

1 и емкость 2 интегрирующей RC-цепи, дифференциальный УПТ 8, блоки сравнения 4 и 5, триггер б, источник образцового напряжения

7, электродный переключатель 8, усилитель

МДМ 9, и цифровой измеритель временного интервала 10.

Рассмотрим работу преобразователя входного напряжения U в относительную,величину временного интервала в стационарном режиме.

Предположим, что в данный момент времени t тTр иH1г.1геер б 5 нHа х оVд иHтTс я в с оDс TтоVя нHиHи, при котором электронным переключателем 8 на вход интегрирующей цепи подключено положительное образцовое напряжение + Uo. При этом емкость 2 заряжается, и напряжение на ней возрастает (участок Т1 на фиг. 2). Как только раз ность напряжений на емкости 2 и U, подаваемых,на входы дифференциального

УПТ, достигнет величины U,n„ðàâíîé приведенному ко входу УПТ опорному уровню

Uon, Поп, блока сравнения 4 (Upn,= —, где К— коэффициент усиления УПТ), последний срабатывает и при помощи триггера б и переключателя 9 подключает на выход интегрирующей цепи отрицательное образцовое напряжение — Uo.

В результате интегрирующая емкость 2 .начинает разряжаться (участок Т2 на фиг. 2).

Если, параметры устройства подобраны так, что величины Uo„, = У,п, существенно меньше Uo, скорость разряда емкости определяется соотношением где R1 и C> — величины сопротивления 1 и емкости 2 интегрирующей цепи. (Рассматривается случай преобразования положительного входного напряжения U„).

Как только .разность напряжения на емкости 2 и входного напряжения U, достигнет ве оп, личины U,„, =, срабатывает блок сравК нения 5, и полярность образцового напряжения U, снова изменяется на противоположную, емкость 2 начинает заряжаться со скоростью

Далее цикл, повторяется.

Длительность формируемых таким образом интервалов Т1 и Т> легко определить из временной диаграммы.

65 о T Uo Us T — U"

РС

1 2 оп, оп

U, очевидно, равно

T — Uon + RiC2 (3) о 1х

T — оп 1С2 г— о - - U т,— Т2 vo (5) т+т, U, Благодаря нечувствительности дифференциального УПТ к синфазной составляющей сигналов на его входах, изменение его выходного напряжения обусловлено лишь пилообразной составляющей из емкости 2. Постоянная же составляющая, напряжения на емкости всегда равна U и, следовательно, изменение самого напряжения U не вызывает изменения выходного напряжения УПТ (за исключением моментов переходного режима, например, при резком скачке U,, со скоростью, превышающей максимально возможную скорость изменения напряжения на емкости 2).

Для случая отрицательной полярности напряжения U„ñïðàâåäëèâo соотношение т,— т, v„„. (6) т+т, v„

Устройство может быть применено для преобразова ния напряжения обеих полярностей с автоматическим указанием его знака.

Таким образом, при измерении относительных величин 1получен|ный отт,+т, т,+т,1 счет линейно связан с преобразуемым напряжением. При этом обеспечиваются высокая точность преобразователя, обусловленная независимостью функции преобразования от большинства параметров устройства (нестабильности элементов и нтегрирующей цепи, коэффициента усиления УПТ, опорных уровней блоков сравнения), и свойство подавления периодических помех и т. д.

Входное сопротивление преобразователя равно входному сопротивлению дифференциального УПТ при отсутствии усилителя МДМ

9, например, при преобразовании сигналов большого уровня в случае преобразования сигналов малого уровня на практике обычно обеспечивается значительное превышение входного сопротивления усилителя МДМ по сравнению с дифференциальным УПТ).

В предлагаемом устройстве значительно повышено быстродействие. Чтобы обеспечить высокую линейность функции преобразования и достаточное быстродействие целесообразнс выбрать величину напряжения Uo, равной уд323789 военному номинальному значению 2U „„преобразуемого напряжения. При этом худший с точки зрения быстродействия случай имеет место, когда на входе преобразователя U скачок изменяется от О до Ун. В первый момент на вход дифференциального усилителя несимметрично воздействует напряжение U„„, что обусловливает включение на вход интегрирующей цепи напряжения U< с тем же знаком (на временной диаграмме слева). Интегрирующая емкость начинает заряжаться со скоростью, определяемой перепадом напряжения, равным U<. При указанном выше соот.Ношении U, и У„„устаногвившееся состояние, (соответствующее равенству напряжения на емкости U,= U»„, когда оно входит в зону м

U» + —, достигается за время, несколько меньше—

В случае меньших перепадов входного напряжения установившееся состояние достнгается быстрее.

При автоматической выборке дрейфа нуля (для этого служит усилитель МДМ 9) механизм действия устройства остается прежним.

Уход нуля дифференциального УПТ неизбежно приводит к изменению постоянной составляющей на емкости 2 по отношению к величине U (при отсутс ггвии дрейфа они равны) на величину, равную напряжению дрейфа,,приведенному ко входу, поскольку из-за регулирующих свойств преобразователя выходное напряжение УПТ всегда гнаходится в пределах участка его динамического диапазона от

U,„, до U „) . Это иопользуется для осуществления процесса автоматической выборки дрейфа.

Напряжения U.,- и U, поочередно с помощью модулятора (на полевых транзисторах) подается на,вход усилителя переменного тока с высоким входным сопротивлением, При наличии дрейфа (У., Uc) переменная составляю10 щая, ам плитуда которой равна разности

U,,— UÄ yc ливается, выпрямляется фазочугвствительным каскадом, фильтруется с целью подавления паразитных продуктов преобразования и с необходимой полярностью подается

15 на вход второго каскада дифференциального

УПТ.

Предмет изобретения

20 Аналого-цифровой преобразователь, содерж ащий интегрирующую RC-цепь, дифференциальный усилитель постоянного тока, подклю генный через дне схемы сравнения н триггер к цифровому нзмернтелю временного нн25 тервала, источник Ооразцового напряжения, переключатель, усилитель постояHHîãо тока, от,гггчатгггггйс.г тем, что, с целью повышения быстродействия, точности н входного сопротивления при упрощении схемы, один вход

30 дифференциальнОГО силителЯ постОЯнного тока соединен непосредственно с входным зажимом преобразователя н со входом усилителя постоянного тока, а другой через конденсатор и резистор подключен соответственно н об35 щей шине и через электронный переключатель к источнику образцового напряжения.

323789

Фиг.7 г

/ б

V ) 0

Составитель В. Махнанов

Техред А. Камышникова

Редактор Л. Утехина

Корректор Н. Коваленко

Ргказ 862(8 Изд. № 367 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 5К-35, Раушская наб,, д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2