Аналого-цифровой преобразователь интегрирующего типа

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскии Социалистических Республик(23) ПриоритетОпубликовано 300780. Бюллетень Мо 28 Р 1 Кз Н 03 К 13/20 Государственный комитет СССР по делам изобретениИ и открытийДата опубликования описания 300780(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕГРИРУЮЩЕГО ТИПА 2,Изобретение относится к цифровой измерительной технике, в частности, к аналого-цифровым преобразователям и к цифровым вольтметрам интегрирующего типа с промежуточным преобразованием во временной интервал,Известен аналого-цифровой преоб-. разователь (АЦП) интегрирующего типа с промежуточным преобразованием во временной интервал, содержащий интегратор, собранный на операцион" ном усилителе с конденсатором в обратной связи и имеющем на входе подсоединенные через резистор ключи для коммутации преобразуемого и образцового напряжений,а на выходе - компаратор, выход которого подключен ко входу блока управления, выходы последнего соединены с управляющими входами ключей и с отчетным устройством (1). Недостатком данного аналого-цифрового преобразователя являетсясравнительно низкая разрешающая способность,Известен также аналого-цифровойпреобразонатель интегрирующего типа,содержащий входной усилитель, интегратор, выполненный на операционном усилителе с конденсатором н цепиотрицательной обратной связи и резистором на входе, источника эталонных напряжений, выходы которых черезключи подключены ко входу интегратора, компаратор, выход которого подключен к блоку управления, а вход -к выходу интегратора, генератор им 10 пульсов, счетчик, логические элементы и отсчетное устройстно (2),Недостатком этого устройстна янляется сложность, обусловленная наличием в его составе прецизионныханалоговых узлов, необходимых для15 достижения высокой разрешающей спо.собности и точности,Цель изобретения - расширениеразрешающей способноСти преобразователя.20 Цель достигается тем, что в аналого-циФровой преобразователь интегрирующего типа, содержащий интег- .ратор, выполненный на операционномусилителе с конденсатором в цепиотрицательной обратной связи и резистором, первым выводом йодсоединенным ко входу опе 1 ыционного усилителя, а вторым - к выходам первого, второго и третьего ключей30 коммутации преобразуемого и образ- .)цовых напряжений, выход интегратора через компаратор подключен ковходу блока управления, первый втОрой и третий выходы которого соеди-нены с управляющими входами соответстнующих ключей, а четвертый выход - с отчетным устройством, дополнительно введены пороговое устройство управления ключами, четвертый и пятый ключи, конденсатор, одна.обкладка которого подключена ковходу операционного усилителя,другая обкладка через четвертыйключ - к выходу интегратора, а через пятый ключ - к общей шине, управляющие входы четвертого и пятого ключей соединены, соответственно, с прямым и инверсным выходамипорогового устройства управленияключами, первый и второй входы которого соединены с выходом интегратора и с пятым выходом блока управления, соответственно.На чертеже представлена блок-схема преобразователя,Преобразователь содержит, выполненный на операционном усилителе 1с конденсатором 2 в отрицательнойобратной связи и резистором 3 навходе, интегратор 4, вход которогоподключен к трем ключам 5, б и 7 коммутации преобразуемого и образцовыхнапряжений, а выход через компаратор .8 - ко входу блока 9 управления,соединенного с управляющими входамиключей 5, б и 7 и с отсчетным устройством 10, а также второй конденсатор 11, одним выводом подключенныйко входу операционного усилителя 1,вторым выводом через четвертый ключ12 - к выходу интегратора 4, а черезпятый ключ 13 - к общей шине, управляющие входы четвертого 12 и пятого13 ключей соединены, соответственно,с прямым и инверсным выходами порогового устройства 14 управления ключами,Преобразователь работает следующим образом.По сигналу блока 9 управления замыкается ключ 7 и на вход интегратора 4 подается преобразуемое напряжение О н течение калиброванного интервала времени, отсчитываемого отсчетным устройством 10, В течениеэтого интервала времени пороговоеустройство 14 управления ключамиудерЖивается во включенном состоянии сигналом блока 9 управления независимо от значения напряжения навыходе интегратора 4, При этом четвертый ключ 12 замкнут, а пятый ключ13 разомкнут и конденсатор 11 поцключен параллельно интегрирующему конденсатору 2, Электрический заряд,пропорцибнальный преобразуемому напряжению 0 накапливается на обоихконденсаторах 2 и 11, распределяясь между ними пропорционально их емкостям. По окончании периода интегрирования преобоазуемого напря- .жения О блэк 9 управления размыкает ключ 7 и замыкает ключ б или 5 взависимости от полярности Ох, подавая на интегратор 4 образцовоенапряжение противоположной полярности, Одновременно отсчетное устройство 10 начинает отсчет результатапреобразования, В начале периодаразряда интегратора 4. снимается сигнал блока 9 управления со входа порогового устройства 14 управленияключами, удержинавший его во включенном состоянии, Если значение наскопленного на интеграторе 4 в первом периоде напряжения превышаетпорог выключения порогового устройства 14 управления ключами, то онопродолжает удерживаться во включенном состоянии и положение четвер того и пятого ключей 12 и 13 не ме.няется до тех пор, пока напряжениена интеграторе 4 не снижается (помодулю) до порога выключения. Послеэтого пороговое устройство 14 управления ключами размыкает четвертый ключ 12 и замыкает пятый ключ 13,подключая конденсатор 11 к общейшине, Электрический заряд, оставшийся.к этому моменту на кондесато. -ре 11, перетекает на конденсатор 2,увеличивая напряжение на выходе интегратора 4. При этом разряд интегратора 4 образцовым напряжением непрекращается и напряжение на интеграторе 4 снова уменьшается, причем с большей скоростью, чем прежде, так как емкость конденсатора 2меньше, чем суммарная емкость конденсаторов 2 и 11, а ток разрядад .-Е/а=соим4 О где Н - сопротивление резистора 3.Когда напряжение на интеграторе 4уменьшается до исходного (нулевого) состояния, срабатывает компаратор 8, сигнал которого поступаетна блок 9 управления, который, нсвою очередь, останавлинает отсчетное устройство 10, фиксируя результат преобразования,Если к концу первого периода интегрирования преобразуемого напряженияО значение напряжения на интеграторе 4 не превышает порога выключения порогового устройства 14управления ключами, то переключениеконденсатора 11 к общей шине про 55исходит сразу после окончания этогопериода, т.е. после снятия управляющего сигнала блока 9,управления совхода порогового устройства 14 управления ключами, удерживавшего егобО во включенном состоянии.Для увеличения разрешающей способности преобразователя н и раземкость конденсатора 11 должна бытьпримерно в п раз больше емкости конИ дексатора 2, При этом максимальноеФормула изобретения значение электрического заряда, на, капливаемого в первом периоде при интегрировании О, увеличивается в и раз без увеличения максимального значения на интеграторе 4. Для сохранения прежних требований к раз решающей способности компаратора 8 по напряжению необходимо, чтобы скорость уменьшения напряжения на интеграторе 4 в процессе его разряда к моменту срабатывания компаратора 8 была не ниже, чем у известного преобразователя, имеющего только конденсатор 2. Это достигается тем, что к моменту срабатывания компаратора 8 конденсатор 11 должен быть практически полностью разряжен до исходного состояния и в работе интегратора 4 участвует только конденсатор 2. Этим требованием определяется нижняя граница (по модулю) порога выключения порогового устрой ства 14 управления ключами. Верхняя граница порога выключения определяется из того условия, что после переключения конденсатора 11 к общей шине возросшее напряжение на выхо де интегратора 4 не должно выйти из пределов рабочей зоны операционно. го усилителя 1 интегратора 4, т,е. операционный усилитель 1 не должен. уйти в насыщение., ЗОТаким образом, поставленная цель достигается путем введения в состав преобразователя дополнительных элементов, обеспечивающих временное увеличение емкости интегратора 4 без З 5 изменения значения заряда, соответствующего единице счета, а также без изменения максимального значения напряжения, накапливаемого на интеграторе 4, и разрешающей способности компаратора 8 по напряжению, К моменту срабатывания компаратора 8 емкость интегратора 4 снова уменьшается, так как дополнительный конденсатор 11 отключается.Возможен второй вариант работы преобразователя, при котором в первом периоде при интегрировании неизвестного напряжениями с блока 9 управления на пороговое устройство 14 управления ключами не подается сигнал включения, Поэтому в начале этого периода пороговое устройство 14 управления ключами выключено, четвертый ключ 12 разомкнут, а пятый ключ 13 замкнут и конденсатор 11 под ключен к общей шине. По мере интегрирования, когда напряжение на интеграторе 4 достигает порога включения порогового устройства 14 управления ключами, это устройство, пред ставляющее собой, например, триггеР Шмитта, подключает конденсатор 11 к выходу интегратора 4, заряд, накопленный на конденсаторе 2, перераспределится между конденсаторами 11 и 2пропорционально их емкостям, напряжение на выходе интегратора 4 уменьшается (по модулю) и интегратор 4может принимать дополнительный заряд.При работе по второму варианту преобразование- напряжений, близких к нулю,происходит без включения пороговогоустройства 14 управления ключами ибез подключения конденсатора 11 к интегратору 4Период разряда интегратора 4 образцовым сигналом протекаеттак же, как в первом вариантеВерхняя граница порога включения порогового устройства 14 управления ключами не должна превышать границу рабочей зоны операционного усилителя 1интегратора 4. Аналого-циФровой преобразователь интегрирующего типа, содержащий интеграторвыполненный на операционном усилителе с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи и резистором, первым выводом подсоединенным ко входу операционного усилителя, а вторым - к выходам первого, второго и третьего ключей коммутации преобразуемого и образцовых напряжений, выход интегратора через компзратор подключен ко входу блока управления, первый, второй и третий выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих ключей, а четвертый выход. - с отсчетным устройством, о т л и ч аю щ и й.с я тем, что, с целью расширения разрешающей способности преобразователя, в него дополнительно введены пороговое устройство управления ключами, четвертый и пятый ключи, конденсатор, одна обкладка которого подключена ко входу операционного усилителя, другая обкладка через четвертый ключ - к выходу интегратора, а через пятый ключ - к общей шине, управляющие входы четвертого и пятого ключей соединены, соответственно, с прямым и инверсным выходами порогового устройства управления ключами, первый и второй входы которого соединены с выходом интегратора и с пятым выходом блока управления, соответственно,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Великобритании В 1390665, кл. 6 04 Н; 1971. 2, Патент ФРГ М 1962333,;кл. Н 03 К 13/00, 1976 (прототип).писноеСР 1303 д, 4/ илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 995ственного обретенийЖ, Рауш Гос ударделам из Москва,митетаоткрытикая наб