Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН А 1 5 ц 4 Н 03 М 1/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 24-24 2бъединение инельников 41 ССР1982. тво /00 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(57) Изобретение относится к информационной измерительной технике и может быть использовано в цифровыхвольтметрах, омметрах и комбинированных приборах. Изобретение позволяетповысить точность и упростить преобразователь. Это достигается тем, чтов преобразователь, содержавший ключи2,3,7, резисторы 4,5,6, интегратор9, источник 1 опорного напряжения,злементы И 14, 15, 12, 13,22, счетчикиимпульсов 16, 19,20, триггеры 21,23,компаратор 11, введены компаратор 10и блок индикации 17. 2 ил.Изобретение относится к информа- , ционно-измерительной технике и может, быть использовано в цифровых вольт-. метрах, омметрах и комбинированных приборах.Цель изобретения - повышение точности и упрощение преобразователя.На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства;" на фиг.2 в .времен ные диаграммы работы устройства.Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, который через ключи 2,3, резисторы 4,5,6 и ключ 7 соединен с АЦП входной шиной 8, общая 15 . точка резисторов через интегратор 9 соединена с входами компараторов 10. и 11, выход компаратора 10 соединен свторым входом элемента И 12, первый вход которого соединен с вто рым входом элемента И 13, выход компаратора 11 через элементы И 14 и 15, счетчик 16 импульсов соединен с блоком 17 индикации, выход элемента И 14 соединен с управляющим входом 25 ключа 3, второй вход элемента И 15 соединен с первым входом элемента И 12, второй вход счетчика 16 импульсов соединен с выходом элемента И 13, выход генератора 18 импульсов соеди нен с соответствующими входами элемейтов И 12 и 13 и входом счетчика . 19 импульсов, выход счетчика 19 соединен с входом счетчика 20 импульсов и первым входом триггера 21, второй вход которого соединен с выходом элемента И 12, а выходы - с входами ключа 2 и элемента И 13, входы элемента И 22 соединены с выходами генератора 18, счетчика 20 и первым входом триггера 23, второй вход которого соединен с выходом элемента И 22; выход триггера 23 соединен с управляющим входом ключа 7 и вторым входом элемента И 14.45На временных диаграммах, иллюстрирующих работу. устройства, изображены: на графике 24 - закон изменения проводимости ключа 7; 25 - закон изменения проводимости ключа 2; 26 - БО закон изменения проводимости ключа 3, 27 - закон изменения напряжения на выходе интегратора; 28 - закон заполнения счетчика 16; 29 - в увеличенном масштабе участок "а" графика 27, где 30 - закон изменения напряжения на выходе иктегратора 9; 31 - напряжение смещения нуля компаратора 10; 32 - импульсы на выходе гекератора 18. Здесь же номерами 33-56 обозначены моменты перекоммутации ключей 2, 3,7 и прямой линией обозначенной П, - смещение куля по напряжению у первого компаратора 10.Алгоритм работы устройства задается счетчиками 19,20 и триггером 23. Счетчики 19,20 подсчитывают импульсы с генератора 18. Триггер 23 определяет длительность цикла преобразования, управляясь импульсами с выхода счетчика 20 и элемента И 22, на входы которого поступают импульсы со счетчика 20 и генератора 18. Триггер 23 .осуществляет управление ключом 7.При выборе частоты генератора 8 и соответствующих коэффициентов деления счетчика 19 на его выходе будут выделены импульсы определенной длительностью, фронты этих импульсов определяют моменты начала разряда интегратора (фиг,2, график 27).При соответствующем выборе коэффициента деления счетчика 20 на его выходе будут сформированы импульсы, задающие момент окончания заряда интегратора 9 током, создаваемым измеряемым напряжением 0. Триггер 23 формирует интервалы, определяющие один измерительный цикл, состоящий из интегрирующего цикла 33-53 и цодготовителького 53-57 цикла.В интервале интегрирования сигналом с выхода триггера 23 ключ 7 зам-, кнут, в интервале подготовки - разомкнут (фиг.2 , график 24).В начальный момент времени на вход интегратора 9 с входа 8 через замкнутый ключ 7 и резистор 6 подается ток, величина которого при идеальном ключе определяется отношением измеряемого напряжения П к величине сопротивления резистора 6, Напряжение на выходе интегратора 9 начинает линейно нарастать (фиг.2, график 27), Приращекие напряжения на выходе интегратора 9 за интервал времени 34- 33 составитгде ь,. - элементарный интервал времени, равный периоду напряжения на выходе генератора 18;и - число элементарных интерва 91лов в течение отрезка времени 34 33(6) где п, - количество элементарных ин 50 чтотервалов времени до в интервале,33-36. цоразрядный ток100 К,К - величина сопротивления резистора 6;С - величина емкости конденсатора в интеграторе 9В момент времени 33 - через некоторый интервал после начала интегрирования ключ 2 замыкается и на вход интегратора 9 через ключ 2 и резистор 4 подается разряжающий ток от источника 2. Управление ключом 2 осуществляется триггером 21, получающим импульсы начала разряда со счетчика 19, Закон изменения проводимости ключа 2 показан на графике 25 фиг.2.Для упрощения рассмотрения примем что величина тока разряда вдвое превышает ток заряда с входа 8 при ц равном напряжению источника 1.При этом условии где К - величина сопротивления резистора 4,Напряжение на выходе интегратора9 линейно убывает. В момент, когданапряжение на выходе интегратора 9станет равно смещению нуля компаратора 10, с его выхода на элемент И 12поступает разрешающий сигнал, на первый вход элемента И 12 поступают импульсы с выхода генератора 18, имеюЩие пеРиоД ДСо. ФРонт пеРвого из этихимпульсов, прошедший через элементИ 12, после появления разрешения наее втором входе, опрокидывает триггер21, размыкая ключ 2 и отключая разряжающий ток., Таким образом устройствоработает так, что интервал 33-35 формируется из целого числа элементарныхинтервалов д (см,график 27 фиг.2),Соответственно изменение напряженияна выходе интегратора 9 в интервале33-35 определяется выражением дц = ц ---- ц -а -- (3) п,а ь п(г Мз 5 к К.С о К С 6 5В дальнейшем до окончания интегрирования устройство работает аналогично, но с тем лишь отличием, что разряды начинаются замыканием ключа 2 в нечетные моменты 35-33. Изменения напряжения на выходе интегратора в интервалах, когда ключ 2 разомкнут, определяются выражением 5 ДС, пг,г.дц : ц ---- - - (4)гт-г, ь -К С6 где ш - целое число, соответствующее условно 26 ша 11,10 Изменение напряжения на выходе интегратора в интервалах, когда ключ 2 замкнут, определяется выражением д, и , г,ьа.п,.ь дц = йс --- "- - -- ц -- - 1где ш - целое число, соответствующееусловию Ъш 10.20В момент времени 53 третий ключ7 размыкается, отключая напряжениеЦ и замыкаются ключи 2,3. Замыканиеключа 3 производится элементом И 14 25по поступающему на нее разрешающемусигналу с выхода триггера 23. Законизменения проводимости второго ключа3 показан на графике 26 фиг.2.На вход интегратора 9 в интервале53-56 поступают два тока от источника 1:через ключ 2 и резистор 4, атакже через ключ 3 и резистор 5.,Напряжение на выходе интегратора 9 линейно убывает до момента 56, определяемого аналогично вышеописанному.35 Изменение напряжения на выходе интегратора в промежутке времени 53-56составит После размыкания ключа 2 вмомент56 напряжение на выходе интегратора 45 9 продолжает линейно убывать, Ско.рость его изменения определяется разрядным током от источника 1 через резистор 5.В рассматриваемом случае примем,К 100 К (7)и в интервале 56-55 будет действовать При переходе напряжения на выходеинтегратора 9 через нуль в момент 55с выхода компаратора 11 на элемент И 14 поступает сигнал, изменяющий ее состояние, вследствие чего ключ 31 размыкается.Изменение напряжения на выходе интегратора 9 в интервале 56-55 равно:(8)10 56,65 фС5 Полное изменение напряжения на выходе интегратора 9 за весь промежуток 34-35 равно нулю, поэтому суммируя (4), (5), (6) и (8) получим; 15дл пО 1 дг.оп;а(9) Иэ последнего выражения, учитывая. (2) и (7), получим 30н0,5 Яо . пй, +0,01 пЬ.,огде 1 - число элементарных интерваОлов времениф входящих в ин 35тервал интегрирования П0-21.нЧисла 7 и и п , оп 1-ределяют соответственно старшие и младшие разряды полученного результата измерения. Для получения выходногоК кода в виде десятичного числа а 10 при равенстве или кратности номинального значения П с О необходимо 45 выбирать Ы и Б в виде чисел р а 10",Г.В устройстве импульсы, несущие информацию о величинах старших и 50 младших разрядов Формируются на выходах элементов 13 и 15 на входы которых поступают импульсы с выхода генератора 18. Прохождение этих импульсов в интервалах 3356 через элемент И 13 разрешается триггером 21. При этом происходит заполнение старших декад счетчика 16 в соответствии с графиком 28 на Фиг.2. Элемент И 14 разрешает прохожцение тех же импульсов через элемент И 15 в интервале 53-55 в младшие разряды счетчика 16. В момент 55 счетчик 16 закончит подсчет импульсов и в нем будет сформирован код, соответствующий выражению (10). Найденное значение измеряемой величины передается на блок 17, индикатор 17, В интервале 55-57 до начала с момента 57 следующего измерения, когда все ключи 2,3 и 7 разомкнуты, производится установление нулевых начальных условий интегратора 9, коррекция нулей, входящих в устройство операционных усилителей.Коррекция в интервале 55-57, производится путем замыкания выхода компаратора 11 с входом интегратора 9 через ключ и аналоговое запоминающее устройство (не показаны). Замыкание ключа коррекции образует контур отрицательной обратной связи, действие которой проводит к установлению начальных условий интегратора, создает на аналоговом запоминающем устройстве напряжение, достаточное для установления нулей операционных усилителей интегратора и второго компаратора. При проведении измерений, ключ коррекции разомкнут, а аналоговое запоминающее устройство сохраняет напряжение, обеспечивающее компенсацию смещений нулей операционных усилителей интегратора и второго. компаратора.Точность повышается, так как исключаются погрешности, возникающие при включении разрядного тока, исключаются погрешности прибора в зависимости от амплитуды измеряемого напряжения и от помех питающей сети.Формула и з о б р е т е н и яАналого-цифровой преобразователь, содержащий три ключа, выходы которых через соответствующие первый, второй и третий токоограничивающие элементы, выполненные на резисторах, соединены с входом интегратора, вход первого ключа является входной шиной, вход второго ключа соединен с выходом источника опорного напряжения, выход интегратора соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого является общей шиной, первый элемент И, выход кото1352646 щ авив ы жн 1 1 11афи а 2 ель А, ТитовСердюкова . Корректор аказ 5576/56 ВНИИПИ Государ по делам и 113035 Москваж 900комитета СССРи открытийаушская наб., д. ТирственногобретенийЖ,одписн Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,Проектная,рого соединен с первым входом перво- . того счетчика импульсов, генератор импульсов, выход которого соединен с входом второго счетчика импульсов, третий счетчик импульсов, второй, третий, четвертый и пятый элементы И,первый.и второй триггеры, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения 10 преобразователя,. введены второй компаратор и блок индикации,. входы которого соединены с соответствующими выходами первого счетчика импульсов, второй вход которого соединен с вы ходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с первым выходом первого триггера, второй вход - объединен с первым входом первого элемента И, входом второго счетчика 20 импульсов, первыми входами четвертого и пятого элементов И, второй вход которово объединен с первым входом второго триггера и соединен с выходом третьего счетчика импульсов, выСоставит едактор М. Товтин Техред Лход пятого элемента И соединен с вто"рым входом второго триггера, выходкоторого объединен с управляющим входом первого ключа и первым входомвторого элемента И, выход которогосоединен с управляющим входом второго ключа и вторым входом первого элемента И, управляющий вход третьегоключа соединен с вторым выходом первого триггера, вход третьего ключасоединен с выходом источника опорногонапряжения, причем первый вход первого триггера объединен с входом третьего счетчика импульсов и соединенс выходом второго счетчика-иьптульсов,второй вход первого триггера соединенс выходом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходомвторого компаратора, первый вход которого соединен с выходом интегратора,а второй вход является шиной напряжения смещения, выход первого компаратора соединен с вторым входом второго элемента И.