Аналого-цифровой преобразователь

/6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ .КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЗОБ РЕТЕНИ ОПИС ЕТЕЛЬСТВУ ВТОР СКОМ и инстиССР ьство СССР(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть применено для преобразования аналогового сигнала в .код. Цель изобретения - повьпнение точности - достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий резистинный датчик 1, стабилизатор 2 тока, усилительный элемент 3, выполненный на полевом транзисторе, операционный усилитель 6, введены источник 4 питания, источники 7, 10 опорного напряжения, стабилизатор 5 тока, преобразователи 8, 9 напряжения в частоту, вычитатель 11 частот, 4 ил., 2-Б =ЯКг Е -Ег К 1 135261Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьпРименено для преобразования аналогового сигнала в код.Целью изобретения является повышение точности.На фиг. 1 изображена функциональная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг, 2 - функциональная схема преобразователя напряжения в частоту; на фиг, 3 - функциональная схема вычитателя частот;на фиг. 4 - временные диаграммы работы вычитателя частот, 15Преобразователь содержит реэистивный датчик 1, стабилизатор 2 тока, усилительный элемент 3, выполненный на полевом транзисторе, источник 4 питания, стабилизатор 5 тока, операционный усилитель 6, источник 7 опорного напряжения, преобразователи 8 и 9 напряжения в частоту, источник 10 опорного напряженияи вычитатель 11 частот. 25Преобразователь напряжения вчастоту (фиг, 2) содержит накопительные элементы 12 и 13, выполненныена конденсаторах, токоограничивающиеэлементы 14 и 15, выполненные на резисторах, нелинейный элемент 16,выполненный на варикале, накопительные элементы 17 и 18, выполненные наконденсаторах, инерционный элемент19, выполненный на катушке индуктив 35ности, накопительный элемент 20,выполненный на конденсаторе, генератор 21 частоты и формирователь 22импульсов.Вычитатель частот (фиг. 3) содер 40жит ключи 23 и 24, блок 25 реверсивных счетчиков импульсов, формирователь 26 командных импульсов, блэк27 триггеров и генератор 28 тактовыхимпульсов.На временной диаграмме (фиг, 4)45обозначены: Б - напряжение на выходе генератора 28 Б , Б, У,напряжения на выходах формирователя 26,Аналого-цифровое преобразование50с коррекцией нелинейности резистивного датчика 1 осуществляется следующим образом.Запитывая две цепи резистивногодатчика 1 равными стабилизированными токами 3 от стабилизаторов 2 и 5тока, получают первое и второе на.пряжения Б, и Б: П, = Л(К +3 К)=Ц +3 Л3.1 К,(1) где К - сопротивление датчика кото 9рое может изменяться нелинейно,К - сопротивление каждого изего выводов.Разность Б, -Б при любых значениях К пропорциональна только сопротивлению датчика: Отсюда следует, что при осуществлении линейного преобразования напряжения в частности Ц, =К Е Уг = К Е разность частот окажется пропорциональной сопротивлению датчика и независящей от величины К: где К - коэффициент линейного преобразователя У/Е,Коррекция нелинейности датчика 1 осуществляется в аналоговом тракте путем использования при преобразовании напряжения в частоту вариакапа .16 (фиг. 2), который включен в частотно задающую цепь генератора 21.Поскольку величина К сопротивления проводов датчика является независимой переменной, возникает погрешность из-за смещения опорной точки на характеристике варикапа 16, При таком смещении, вызванном изменением величины К, будет неоднозначной нелинейная добавка, получаемая в частотном сигнале за счет нелинейности характеристики варикапа 16.Для ее компенсации на полевом транзисторе 3 формируется напряжение Б, из условия Б =Б+Ц=С+ЗЭК = сопяТ, (3) где Б в . опорное напряжение на выходе источника 7,При этом обратная связь, осуществляемая через операционный усилитель6, стабилизирует напряжение на выходе стабилизатора 5 на уровне 0 ,заданном источником 7.Напряжение на первом выводе резистивного датчика 7У =У +Ц, = 0 +сопятс 3ф"1(соо )( 30 35 40 45 50 55 з 13Стабильное напряжение источника 4 распределяется на трех элементах цепи так, что образуется две стабильные составляющие: где У- падение напряжения на стабилизаторе 5;Б - падения напряжения на проводах;Ц - падение напряжения на позлевом транзисторе 3,Падение напряжения на проводахУ может изменяться независимо приподключении датчиков с разной длинойпроводов и, следовательно, сопротивлением К проводов, однако суммаУ +У всегда неизменна. Этим обеспечивается соблюдение необходимоготребования, чтобы Б зависело от сопротивления и не зависело от сопротивления проводов К.Для воспроизведения различных .видов нелинейных характеристик устройство настраивают определенным образом,Для характеристик возрастающейи спадающей выпуклых книзу при положительной полярности управляющихнапряжений варикап подключается в полярности, указанной на фиг. 2. Напряжение источника 10 У, устанавливается меньшим наименьшего значения управляющего напряжения У во всемдиапазоне его изменений, а частотаКнастройки генератора 21 - большей наибольшего значения сигнальнойчастоты 1 , во всем .диапазонеее измененйй, Для возрастающей и спадающей вогнутых книзу характеристикварикап подключается противоположнойполярностью, и устанавливаетсяПцод 1 "р, макс ф а опсмич) ППодгонка требуемых численных эна".чений частот на краях и в середине .интервалов изменений сопротивленияК производится подбором значенийкатушки 12 конденсаторов 20, 17, 18и величиной токов Л стабилизаторов2 и 5 и напряжений на выходах источников 7 и 10,С выходов преобразователей 8 и 9(фиг, 1) импульсы с частотами соответственно й, и й, поступают навходы вычитателя 11. Выходные импуль 52619 4 сы преобразователей 8 и 9 подаютсяна входы ключей 23 и 24. Генератор28 синхронизирует работу формирователя 26, который при поступлениикаждого импульса формирует серию иэчетырех последовательных импульсов,временная диаграмма которых приведена на фиг. 4, Первый импульс производит сброс блока 25 в нулевое состояние, второй импульс открываетключ 24 на определенное время (выход б), в течение Которого ключпропускает импульсы с частотой Г ина вычитающий вход счетчика, третийимпульс по окончании второго (выход в) открывает на такое же времяключ 23 и пропускает импульсы с частотой Г на суммирующий вход блока25. Поскольку серии импульсов подаются в блок 25 в течение одинаковыхотрезков времени, число И, записанное в блоке 25, будет пропорционально разности частот входных импульсов: Следующий четвертый импульс (выход г) открывает для приема информации блок 27, и код числа И оказывается переписанным на выходе блока 27, где хранится до следующего цикла измерения,Формула изобретения 1, Аналого-цифровой преобразователь, содержащий измерительный блок, резистивный датчик, первый вывод которого соединен с выходом первого стабилизатора тока, усилительный элемент, выполненный на полевом тран- . зисторе, исток которого соединен с вторым выводом реэистивного датчика, затвор - с выходом операционного усилителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены источник питания, первый источник опорного напряжения, второй стабилизатор тока, а измерительный блок выполнен на двух преобразователях напряжения в частоту, втором источнике опорного напряжения, вычитателе частот, выходы которого являются выходными шинами, первый и второй вхоДы соединены с соответствующими выходами первого и второго пре25 5 13526 образователей напряжения в частоту, первые входы которых соединены соответственно с первым и третьим выводами резистивного датчика, вторые входы объединены и соединены с пер 5 вым выводом второго источника опорного напряжения, второй выход которого является общей шиной, причем третий вывод резистивного датчика соединен с выходом второгз стабилизатора тока и инверсным входом операционного усилителя, прямой вход которого соединен с первым выходом первого источника опорного напряжения, второй выход которого объединен с первым выходом источника питания, соединен. со стоком полевого транзистора и является общей шиной, второй выход источника питания соединен с входами первого и второго стабилизаторов тока.2Преобразователь по п, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что пре образователь напряжения в частоту выполнен на пяти накопительных элементах, выполненных на конденсаторах, нелинейном элементе, выполненном на варикапе, двух токоограничивающих элементах, выполненных на резисторах, инерционном элементе, выполненном на катушке индуктивности, генераторе частоты, формирователе импульсов, выход которого является выходом преобразователя напряжения в частоту, а вход соединен с выходом генератора частоты, первый вход которого соединен с первыми выводами катушки индуктивности, первого и второго конденсаторов, второй вход - сао вторыми выводами катушки индуктивности и первого конденсатора, первым выводом третьего конденсатора, второйвывод которого, соединен с первымивыводами первого резистора и варикапа, второй вывод которого соединенс вторым выводом второго конденсатора и первым выводом второго резистора, вторые выводы первого и второгорезисторов соединены соответственнос первыми выводами четвертого и пятого конденсаторов и являются вторыми первым входами преобразователя напряжения в частоту вторые выводычетвертого и пятого конденсаторов явВляются общей шиной,3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что вычитатель частот выполнен на двух ключах, формирователе командных импульсов, блоке реверсивных счетчиковимпульсов, блоке триггеров, генераторе тактовых импульсов, выход которого соединен с информационным входом формирователя командных импульсов, первый, второй, третий и четвертый управляющие выходы которогосоединены соответственно с управляющими входами первого и второго ключей, блока реверсивных счетчиковимпульсов, блока триггеров, выходыкоторых являются выходами вычислителя частот, информационные входы соединены с соответствующими выходамиблока реверсивных счетчиков импульсов, суммирующий и вычитающий входыкоторого соединены соответственнос выходами первого и второго ключей,информационные входы которых являЯются соответственно первым и вторымвходами вычитателя частот.1352619 оставитель А.Титовехред М.Ходанич ор Г Решетник К Лежнина Редак аз 5575/55 Подписн Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Тираж 900 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035, Москва, Ж ного комитета СССРний и открытий5, Раущская наб., д.