Аналого-цифровой преобразователь

ОПИСАНЙЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 323789 боюз Советокив Сециелистичвскиз РвспвбливЗависимое от авт. свидетельства Заявлено 14 ЛХ.1970 ( 1467868/18-24)с присоединением заявкиКл. б 06 3/00 Ст 061 3/05 Н 031 13/20 Сеиитет по делаю изобретений и открыти при Совете Министров СССРриоритет Опубликовано 10.Х 11.1971. Бюлле Дата опубликования описания 1 К 681.325(088.8) тень1 за 19723.1 Ч.1972 Авторыизобретени, К. Шахов, В. М. Шляндин и В. Г. Овчиннико Пензенский политехнический институт явител АНАЛОГО РОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ В предлагаемом преобразователе это вре 1тя сокращено до величттны, меньшей - т.2 Входное сопрозователя равно Я +Явх2- суммирующее сопротивление интегрирующей цепи со стороны входного напряжения;Рвх - входное сопротивление дифференциального УПТ (при этом Л-,Рвх )В предлагаемом преобразователе величина 5 входного сопротивления повышается в 2 раза.В известном преобразователе суммирующиесопротивления интегрирующей цепи со стороны входного напряжения и образцового напряжения оказывают взаимное шунтирующее 0 действие на интегрирующую цепь, что приводит к увеличеьчпо погрешности нелинейностиинтегрирования.В предлагаемом устройстве это взаимноешунтирующее действие исключено.5 Эти преимущества достигнуты за счет того,что в предложенном преобразователе одинвход дифференциального УПТ соединен непосредственно с входным зажимом преобразователя, а другой через резистор и конденсатор О подключен соответственно к общей шине и чегде Р10 Быстродействие ля, например, при входного напряжен нем установления, р реобразоватевида скачка зуется времевестного оздействия характе вным пт,интегрирующей входного напрят требуемой точ(п= 5 - 10). постоянная времен йС-цепи со сторонь жения, а и зависит ности установления де т -Изобретение 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 интегрирутощие ЯС-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,вление извесгного преобра(4) 15 1 О+ 1 хср -Ъ Оо - Ухсо рд 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 ЙСцепи, 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 У в относительную,величину временного интервала в стационарном режиме.Предположим, что в данный момент времени 1 триггер б находится в состоянии, при котором электронным переключателем 8 на вход интегрирующей цепи подключено положительное образцовое напряжение + УО. При этом емкость 2 заряжается, и напряжение на ней возрастает (участок Т, на фиг. 2), Как только разность напряжений на емкости 2 и У подаваемых,на входы дифференциального УПТ, достигнет величины Поправной приведенному ко входу УПТ опорному уровню1 оп,1 оп, бЛОКа СРаВНЕНИЯ 4 (Уоп,= - , ГДЕ К - коэффициент усиления УПТ), последний срабатывает и при помощи триггера б и переключателя 8 подключает на выход интегрирующей цепи отрицательное образцовое напряжение - УО.В результате интегрирующая емкость 2 .начинает разряжаться (участок Т, на фиг. 2). Если, параметры устройства подобраны так, что величины У,п, = У,п, существенно меньше УО, скорость разряда емкости определяется соотношением где Р 1 и С 2 - величины сопротивления 1 и емкости 2 интегрирующей цепи. (Рассматривается случай преобразования положительного входного напряжения У).Как только:разность напряжения на емкости 2 и входного напряжения У, достигнет веоп 2личины Уоп, = , сРабатывает блок сРавоп, -нения 5, и полярность образцового напряжеяия УО снова изменяется на противоположную, емкость 2 начинает заряжаться со скоростью Далее цикл, повторяется. Длительность формируемых таким образоминтервалов Т 1 и Т, легко определить из временной диаграммы. 20 25 30 35 40 45 50 55 ОО 65 11 у 1 с 1 х у у СЗ 11 ОП 1 й(5)Т,+Т, ОБлагодаря 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 У., и, следовательно, изменение самого напряжения Уне вызывает изменения выходного напряжения УПТ (за исключением моментов переходного режима, например, при резком скачке У,со скоростью, превышающей максимально возможную скорость изменения напряжения на емкости 2).Для случая отрицательной полярности напряжения Усправедливо соотношениет, - Т, Ц.(6)Т+т, ЦоУстройство может быть применено для преобразования напряжения обеих полярностей с автоматическим указанием его знака,Таким образом, при измерении относительных величин1 полученный отт+Т т+Т 1счет линейно связан с преобразуемым напряжением. При этом обеспечиваются высокая точность преобразователя, обусловленная независимостью функции преобразования от большинства параметров устройства (нестабильности элементов интегрирующей 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 здачительно повышено быстродействие, Чтобы обеспечить высокую линейность функции преобразования и достаточное быстродействие целесообразнс выбрать величину напряжения УО, равной уд.военному номинальному значению 2 Упреобразуемого напряжения. При этом худший с точки зрения быстродействия случай имеет место, когда на входе преобразователя У скачок изменяется от О до У,н. В первый момент на вход дифференциального усилителя несимметрично воздействует напряжение У, что обусловливает включение на вход интегрирующей цепи напряжения У, с тем же знаком (на временной диаграмме слева). Интегрирующая емкость начинает заряжаться со скоростью, определяемой перепадом напряжения, равным Уо, При указанном выше соотнощении У, и Уустановившееся состояние, (соответствующее равенству напряжения на емкости У,=У, когда оно входит в зонумУ - , достигается за время, несколько меньше -2 В случае меньших перепадов входного напряжения установившееся состояние достигается быстрее.При автоматической выборке дрейфа нуля (для этого служит усилитель МДЛ 9) механизм действия устройства остается прежним, Уход нуля дифференциального УПТ неизбежно приводит к изменению постоянной составляющей на емкости 2 по отношению к величине У(при отсутспвии дрейфа они равны) на величину, равную напряжению дрейфа, ,приведенному ко входу, поскольку из-за регулирующих свойств преобразователя выходное напряжение УПТ всегда находится в пределах участка его динамического диапазона от гуоп до У оп) . Это иопользуется для осуществления процесса автоматической выборки дрейфа.5 Напряжения У., и У, поочередно с помощьюмодулятора (на полевых транзисторах) подается на,вход усилителя переменного тока с высоким входным сопротивлением, При наличии дрейфа (УУ,) переменная составляю щая, амплитуда которой равна разностиУ, - У, усиливается, выпрямляется фазочувствительным каскадом, фильтруется с целью подавления паразитных продуктов преобразования и с необходимой полярностью подается 15 на вход второго каскада дифференциальногоУПТ. Предмет изобретения20 Аналого-цифровой преобразователь, содерж ащий интегрирующую ЙС-цепь, дифференциальный усилитель постоянного тока, подклю епный через две схемы сравнения н триггер к цифровому измерителю временного нн тервала, источник ооразцового напряжения,переключатель, усилитель постоянного тока, отлпчатщийсч тем, что, с целью повышения быстродействия, точности н входного сопротивления при упрощении схемы, один вход 30 дифференциального усилителя постоянноготока соединен непосредственно с входным зажимом преобразователя и со входом усилителя постоянного тока, а другой через конденсатор и резистор подключен соответственно к об щей шине и через электронный переключательк источнику образцового напряжения.323789 Фиг. 7 Составитель В. Махнановактор Л. Утехина Техред А. Камышникова Корректор Н. Коваленк Типография, пр. Сапунова,2 гказ 862(8ЦНИИПИ Комитета п Изд.367 Тираж 448 делам изобретений и открытий при Совет Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Подписное министров СССР