Аналого-цифровой преобразователь знакопеременных напряжений

(5;)4 Н 03 М 1/5 ИЕ ИЗОБРЕЛМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ СПИ 3754320/24-2413,06,8415.01.86, Бюл,Всесоюзный наукий институт э(21) (22) (46) (71) тель (72) (53) (56) атель кад окоограничив т арой и т ющии элемент,говые переключкоторого объел и аналвыход первыивыход ели,н с-исследов м источым вхок м ни а тока и сда иреабразочастоту и черч вающий элемвторого анало оеди вто ектрамеханики.М.Лукьянов еля напряжения в С.Я.Куцаков и 681,925(088,8) Тычино К.К. Пр жения в частот и токоог ез вто ент со бразавателиМ,: Энергия,нен о ового переключа напр 1972 В,А. Интегрирую етры иостоянног ия, 1976, с. 43 Прянишников цифровые вольт тока. Л.: Энер рис. 1:15,с(54)(57) 1 РАЗОВАТЕЛЬ НИЙ, содер переключат ряжени ход коадамэлеменн с первым вь ого саед ервог юшего первьп токоаграничивый элемент И та, п катар блока в ыхадомрез иер с пер а вых о соедин правлени д ч ыи элемент ым вход омвтаоеИЛИ - с ивног четчика, оторого о ревеементс вход и й эл вых м первого реверси ерцый вход - с втуправления, циФр разователь, пгрвыи динен ног четчика,вых м блок иреологовыи ход ко соединен правления инаи н рого являетс о е отен ала, втораи эле ю щ и й с я т м, чта, и преобрсточник тий, чет л и саз очн иовьпп л ьм и в говог ответ женин торым входа о переключа ока,ерв него введены элемент ИЛИ, тр тый и шестой эл ерсивный счетчи ервого и являют.входного ван;аир и нуле нциал з ГосудАРстненный номитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИЙ НАЛОГО-ЦИФРОВО 11 ПРЕО НАКОПЕРЕМЕННЫХ НА 11 РЕКЕ ий первый аналоговый преобразователь настоту, первый ввтарои выход третьего анало го переключателя соединен с первым входом преобразователя напряжения в :астату, первый вход третьего аналогового переключателя соединен вторым выходам цифроаналогового преобразователя, второй вход третьего аналогового переключателя соединен с первым выходам преобразователя копов, вторые выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, первая группа входов преобразователя кодов соединена с группой выходов первого реверсивного счетчика и является группой выходов пре образователя,второй вход преобразователя кодов объединен с первыми входами второго, третьего и шестого элементов И, третий вход преобразователя кодов объединен с первыми входами второго и третьего элементов И 1 Л 1, второго аналогового переключателя и с третьим выходомблока у второй и третий входы второго аналогового переключателя объединены соответственно свующими входами цифроаналогового преобразователя, а вторые выходы аналоговых переключателей объединены и являются вторым выходом цифроаналогового преобразователя,4, Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что преобразователь кодов в каждом разряде выполнен на двух элементах И и элементе ИЛИ, а в знаковом разряде выполнены на элементе И и элементе ИЛИ, первый вход которого является первым выходом преобразователя кодов и соединен с выходом элемента И знакового разряда, второй вход элемента ИЛИ знакового разряда объединен с первыми входами элементов ИЛИ каждого разряда и является вторым входом преобразователя кодов, первый вход элемента И знакового разряда объединен с первыми входами первых.и вторых элементов И каждо 1205 0разряда и является третьим входом преобразователя кодов, второй вход элемента И знакового разряда объединен с вторыми входами первых элементов И каждого разряда, третьи входы первых элементов И каждого разряда, второй вход элемента И знакового разряда и вторые входы вторых элементов И каждого разряда являются первыми входами первой группы входов преобразователя кодов, третьи входы вторых элементов И каждого разряда объединены и являются вторым входом первой группы входов преобразователя кодов, выходы первых и вторых элементов И каждого разряда соедичены соответственно с вторым и третьим входами элемента ИЛИ соответствующего разряда, выходы элементов 1 Т 1 И каждого разряда и выход элемента ИЛИ знакового разряда являются вторыми выходами преобразователя кодов, Изобретение относится к импульсной технике, в частности к преобразователям в цифровой код с промежуточным преобоазованием в частоту импульсов,Цель изобретения - повьпцение точности преобразования.На фиг.1 приведена структурная электрическая схема преобразователя; на фиг.2 - структурная электрическая схема блока управления; на фиг.3 - структурная электрическая схема цифроаналогового преобразова(теля; на фиг.4 - структурная электрическая схема преобразователя кодов; на фиг.5 - временные диаграм(ы работы преобразователя.Аналого-цифровой преобразователь содержит клеммы 1 и 2 для входного и нулевого напряжений, первый и второй токоограничивающие элементы на резисторах 3 и 4, аналоговые переключатели 5., 6 и 7, преобразователь 8 напряжения в частоту импульсов, имеющий суммирующий и вычитающий входы, реверсивные счетчики 9 и 10, имеющие знаковый старпий разряд с весом 1, , цифроаналоговый 2;реобразователь 11 с дополнительныммладшим разрядом и с токовым Выходным сигналом 3, , источник 12 токасмещения 1 блок 13 управления свыходными клеммами 14, 15 и 16 начала преобразования, синхронизации, готовности результата преобразованиясоответственно, элементы ИЛИ 17-19,элементы И 20-25, преобразователь 10 26 кодов, клеммы 27 результата преобразования.Блок 13 управления содержит генератор 28 импульсов с частотойделитель 29 частоты с коэффициентом 15 деления М, формирователь 30 импульсов, выходной импульс у котороговозникает при прохождении входногонапряжения сети питания через нулевое напряжение, формирователь 31 20 импульсов, возникающих с задержкойотносительно входных импульсов,счетчик 32, дешифратор 33, элементыИЛИ 34, 35 и 36, элементы И 37 и 38,Цифроаналоговый преобразователь 25 11 содержит источник 39 опорного напряжения О , резистор 40, операционный усилитель 41, делитель 42 тока с выходными разрядными токами,Я;ь 0.)Г: 30.ПРНГ СПИ)г 303 ггКг;т Х -0 Г.) са ОСЬтятсПРИ ПОСЛЕДОБТЯЛ .".ГМ О:ЧЕИ( (РСМСХ сГ ггссНЬХ р 33 с. .Л гл. . Еоорс 1НЯС. Ся Б Т"(;Л-,С т,311 Я ссгмГи)",10 и. 3 х О, тг.( бс.;гБЯОцвай ЕГО р;.ОО с. С;).риЛ Е. гСИГТ атгг)ти - .;,По.сгясЕТСЯ П "Рг ЦПРОссе)К 5 ТО с(1(Я Рс. Х.; Ь ТЛ". П г)С 00,) Л 3 6РНОСТИ ОТ ":3 ЛОБ, Ч ОГкягЛОЕННОЙ НЯ 3",(О ТС 1 ОН Г Л Ц ..351 ОГ.РЯ ТЕ то ят Я Гтг .Ч,п .ПОГОЕГНОГТЯ, 1 г Ки тггсс:,сг 53 1Оп, наложенных наточником помехвходной сигнал,Первый из этих импульсов, проходя через элементы 37 и 34 (сигнал 52), устанавливает в счетчике32 код "2", и на втором выходе дешифратора 33 появляется сигнал 57,который через элемент 36 (сигнал 55)запускает в работу генератор 28, укоторого выходные импульсы 53 имеют частоту 1 , Эти импульсы поступают на вход делителя 29, которыйзадает длительность Т равнуюТ, =Т, =р/1, (1)Величина 1 выбирается так, чтобы Тр не превышал нечетное числоТп (на фиг. 5 Тр( ЗТп ) .Сигнал 57, появляющийся на выходе блока 13, с помощью аналоговогопереключателя 5 подключаетксуммирующему входу преобразователя8 через резистор 3. В качестве преобразователя 8 может быть использована интегральная схема, выпускаемая промышленностью и предназначенная для преобразования толькоположительного + (1 или отрицательного - 0 входных сигналов, В этойинтегральной схеме при преобразовании + 0 напряжение должно подаваться на суммирующий вход через резистор, преобразующий его во втекающийв него ток р, а при - рх - навычитающий вход преобразователя 8,В последнем случае резистор долженбыть подсоединен к нулевому напряжению, что обеспечивает получениетакже втекающего тока. Например,квант входного сигнала б Н , соответствующий единице младшего разряда Н , независимо от его знака притаких переключениях преобразовывается в преобразователе 8 как кванттока Ь 1 = 0 /И, где- величинарезистора 3. В связи с этим преобразователь 8 можно характеризоватькоэффициентом К преобразования тока в частоту импульсов, которыйвыбирают из условия получения единицы младшего разряда кода при преобразовании Ь за время Т т,е.величина ВМ Т должна соответствовать появлению одного импульса.р5 где 0 п, - максимальное значение помехи, наложенной на Омаксимальное значение 0,Ца также с учетом обеспечения 3,М,ьц 10 для того, чтобы получаемый за Т Кгбыл больше 1 р для +(1.Пля правильной работы преобразователя 8 на его вычитающем вхоцев течение Т поддерживается нуле15 вое напряжение в =О, подаваемоеЬ кчерез резистор 4 и аналоговый переключатель 6 с клеммы 2. В это времятоковый сигнал на вторых выходахПАП 11 и аналогового переключателя 20 7 отсутствует, так как на входах1 БП 11 нет сигналов с преобразователя 26.Таким образом, на входах преобразователя 8 в течение Т присут ствуют следующие сигналы:к (1 п1 - + - и "в=0. (2)Этот ток преобразуется преобразователем 8 в импульсы, проходящие З 0 через элементы 20 и 22, которыесигналом 57 включены в работу насчетчики 9 и 10. За время Т в нихнакапливается число х БпЧисло М (на фиг.5-65) это первый промежуточный результат преобразования, представленный из-за добавления З,к в смещенном коде, в котором нулю Соответствует. число Й, (вес старшего знакового разряда), а максимальным значениям +1 р, и - К,п соответствуют коды "1" и "О" во всех разрядах.Код К, , записанный в значащих разрядах счетчиков 9 и 10, для + Кр является прямым кодом с величиной Ч= К - К = 4 (К /х - 1), а для - Й йредставляет собой дополнительный до Чр код и абсолютное значение отрицательного числа - р равно 50 2053 О 7 Ьисточника 12. Величина 1, выбирается больше тока55 Для обеспечения втекающего впреобразователь 8 тока при - цх наего суммирую 1 ий вход сигналом 57через элемент 19 подключается 1 Окончание Т.1 происходит по импульсу 56 делителя 29, устанавливающемуся в счетчике 32 код "3", и на(11с211 а )О. О. 2 О. р 1Л=) + - - -- - - . (5)с 2 сл 1 )г р,Преобразование этого тока преобразователем 8 за Тз дает число импульсов Игр, представляющих собой5второй промежуточный результатО О) 1В счетчике 10 за Т , который заканчивается как и Т, по сигналу 56,образовывается разность ай = М)1) - Ь 21)(62 фиг. 5) . Если М2 Мг, то до окончания Тг в счетчике появляетсякод 0 во всех разрядах, а далее 15следующим импульсом устанавливаетсяв них код "1" (величина этого числа68), включая знаковый разряд, ивсего ня вход счетчика поступает(1 =1 гр - 1) импульсов (величина бб), 20Если ММг, то к окончанию Т 2 всчетчике 10 останется величина 67112=М)р - Мг и в разряде знака кодИспользуя выражения (3) и (6), получим/ В этих разностях отсутствуют составляющие,", и О , присутствующие з Й,р и Чгр , так как они сократились при вычитании кодов (состяьляющие от О М и 1)1 имеют противоповложные знаки, тяк как интегрирование Ц выполнялось с Фазовым сдвигомна 3 Т).Из выражения (7) видно, что 4 М характеризует величину погрешносте" в Г(Р, 1 риЬ Н =0 значение 11) соответствует точному значению результата прео(ряэования М р . 1:сли получена величина в Ч бб, то 1)1 с й р . В случае получения 6 М 2 67, М)р. М , 11 оэтому45 должен быть скорректирован с учетом знака ьМ, 11 о сама величина ЛИ явисит от К Т и она увеличена водва разя. Для исключения влияния этих коэффициентов в третьем такте Ь Н компенсирустся импульсами преобразователя 8, на вход которого подается З,п я Чр корректируется импульсами от генератора 28,Это осуществляется с помощью 55 сигнала 60, который появляется на выходе блока 13, так кяк в счетчике 32 по окончании Гг записался код"С. Сигнал 60 разрешает работу элементам 21, 24, 28 (через элемент 36) и 38 и преобразователю 26, В последнем этот сигнал проходит через элементы 46 и 48, выдавая на всех кодовых разрядах и дополнительном разряде к д "1. По этим сигналам ;1 Л 1. 11 Формирует 3 , который проходит переключатель / и образует ня резисторе 4 О =-3 Г,1. Поэтому в 1 ня вход преобразователя 8 поступаяТок В течение Т с выхода преобразова 3теля 8 ня вход счетчика 10 поступают имл )льсы, которые суммируются при л М или вычитаются при8 г (в пос.)ггнем случае сигнал с 0 выхода знакового разряда этого счетчика через элементы 25 и 18 включает в нем режим вычитания), Этот процесс про 1 должается до появления кода О во всех разрядах счетчика 10, когда элемент 23 вьщяет сигнал, разрешающий работу элемента 38, на выходе которого появляется первый сдвину.ый относительно импульсов генератора 28 импульс и через элемент 34 устанавливается код "6" в счетчике 32 и ня выходе АЦП появляется с шестого выхода дешифратора 33 сигнал 61 окончания преобразования и готовности результата преобразования.В течение Т с выхода преобразо 3вятеля 8 на вход счетчика 10 поступает число импульсов К =,) Кт (9)Отсюда можно определить длительности третьего такта преобразованиядля 2)и Тз 2 Для ь Й котоРые с учетом выражения (8) равны В течение этих времен в счетчик 9 с выхода генератора 28 через элементы 24 и 17 поступает число импульсов, которое с учетом выражения (1) можно представить как Эти импульсы выполняют коррекцию 1, путем прибавления к нему Пг или вычитания из него ), . В последнем случае сигнал с "1" выхода знаковогоразряда через элемент 21 нключ яетрежим вычитания з счетчике 9, ПзиВЫПОЛ 11 ЕНИИ ЗТИХ ОПЕРЯЦИЙ В СЧЕТЧИ"ке 9 к окончанию Т; устанавливает якодсоответствующий Окончат ел но 1 урезультату преобразования т 11 тиОПЕрЯЦИБ С ИСПОЛЬЗОВЛНИЕМ ВмттЯЖЕНИй7) и (1 1,1 получим тИз выражения ;,7, видно что 1.представлен, кяк и 3 смещенном17КОДЕ И ПРИ 5;, = ВЕГ 1 ЙЧИНП ЕПО ВЯВНЯодпя +ВЕЛИт 1 ГНа ".;, й,ДЛЯ -у ВсЛИЧИНЯ Г т "В Г От"СУТСТВУтттт СО-"ТЯВ;1 ЯЮЩИС "От")ЕЛНОСТЕОт 11 п ь Т, 1 я Г 7 тип, З ,03) привепенттпримеры выполнения с помощью Л.1 Ппреобразования с.1; и - 11для котоврых получен Один 11 КОВ 1 й пре 11 вяите.ь",нь 1 й дезультЯт + т 1 , б 1, т., е, воз:Икащие погрешности в," для Гуменьпают гпо, а пля - 1 ттт - его увг -ЛИЧ 1 ВЯЮТ, Гттг МОТРЯ НЯ ГГО, тттсОт, Е, ИМЕЕТ ПОЛОВ:,ттЕЛ тУЮ ВЕ .;1,11 ВУ..,с Оз нчя 1 Ню ттреобразот кг .1 получены кодынс по значения 65,цлят Тгт ьного значения ттО.1 3 с р я В н е ни я у р я в н езонгния прстотипа.1;П" П Пг Щттос 1 Н ". ПИ С УЩИЕ ПРОтОТИ" У Иб т- т,ос тс Н 1, ЫЕ ИзмстЕНтЕМ КОЗтттИЦИЕНГГВ и теобоазГтватеГН 8и 11 Ят , Гкжеи ", при изменениях окруяаотей Гемпер птуры напряжений истач 1,:ков питания и со временем, в данном,2) отсуГствуеГ т 1 с пОмОщью когто О ОПГвттЕ Ястсч ЗНЯК ВХО 1 НО 1"НГ 1 Гтя жгнт 1 я -: ООЕ СПЕЧИВЯЮТСВ НЯ ВХО".х Гоеобг, а зовят еля 8 .еобходимыси;:я г-О правильнои оаооты диапазоныИ."МЗНЕНИЯ СИГНЯЛОВ, ПОЗтотМУ НЕСТЯ ,т Л 1,Ость И 1 ОЧНость УС:ЯЬСВК 1 3,ТЯКЖЕ НЕ ВЛИ 5 Ет На,.СЗуЛЬТЯТ ПгтЕО .: гз Овяния, 11 От 1 инее " .Г прототипа ,т г П;т ,3 ЕГт 1- О И ТО тч т"тхсттЬГтЯЮТГЯ .Ца:тНОМ,-"1 П ОН уотраияютгя При