Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь

ОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) О 1) 4 Н 03 М 1 52 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВ оперныек ажцним ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электроизмерительных приборах и приборах для научных исследований. Целью изобретения является уменьшение погрешности преобразования. Отличие преобразователя состоит в том,что он дополнительно содержит входныерезисторы, так что число входных резисторов равно числу входных зажимов,ационный усилитель (ОУ), добавочключи и три резистора, причем ый входной резистор соединен одвыводом с входным зажимом, а другим выводом - с сигнальным входом одного из входных ключей. Сигнальный вход каждого добавочного ключа соединен с сигнальным входом из входных ключей, а управляющий вход кажпого добавочного ключа соединен с управляющим входом соответствующего входного ключа. Сигнальные выходы добавочных ключей соединены с инвертнрующим входом добавочного ОУ, выход которого связан с неинвертирующим входом ОУ и через первый резистор с инвертирую-.й щим входом компаратора, неинвертируюе щий вход которого соединен с выходом ОУ, Инвертирующий вход ОУ соединен с сигнальными выходами входных ключей . С через второй резистор, инвертирующий вход компаратора соединен с его выходом через третий резистор, а неинвертирующий вход добавочного ОУ соединен с общей шиной. 1 з.п.й-лы, фы 2 ил.Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электроизмерительныхприборах и приборах для научных иссле 5дований.Целью изобретения является умень, шение погрешности преобразования,На Фиг.1 приведена принцпиальная электрическая схема интегрирующего 1 р А 1 Ш на Фиг,2 - пример выполнения устройства управления.АЦП содержит интегратор, выполненный на первом операционном усилителе(ОУ) 1, конденсаторе 2 и резисторе 3, 15 компаратор 4, резисторы 5-7, блоки 8 и 9 ключей, второй операционный усилитель 10, устройство управления 11 и резисторы 12 и 13.Устройство управления содержит ге нератор импульсов 14, элементы И 15- 19, триггеры 20-22, элемент задержки 23, инвертор 24, Формирователь импульсов 25, 26 и счетчики 27 и 28.АПП Работает следующим образом. 25В начальный момент времени конденсатор 2 разряжен (П = О). В первом1такте интегрирования замыкаются ключи из блоков 8 и 9, соединенные с резистором 5. При этом ток от источ- ЗО ника напряжения Бчерез входной зажим, резистор 5, ключ и резистор поступает на вход ОУ 1. Конденсатор 2 заряжается, интегрируя поступающий ток 1. Через ключ из блока 9, соебхдиненный с резистором 5, напряжение с правого (по схеме) вывода резистора 5 поступает на инвертирующий вход ОУ 10, Так как неинвертирующий вход ОУ 10 соединен с общей точкой, а его выход с неинвертирующим входом ОУ 1, то по цепи обратной связи, включающей ОУ 1, конденсатор 2, резистор 3 и замкнутые ключи, потенциал правого вывода резистора 5 поддерживается 45 равным нулю за время Тц в интегрирования входного напряжения Б в . Так как обратная связь должна быть отрицательной, то, поскольку выход ОУ 10 может быть соединен лишь с неинвертирующим входом ОУ 1, требуется, чтобы к резистору 5 через ключ из блока 9 подключился инвертирующий вход ОУ 10. При этом ток заряда конденсатора 2 определяется по ФоРмУле 12 - П /К где К - сопротивление реек фзистора 5, независимо от сопротивления г замкнутого ключа из блока 8Ки сопротивления резистора 3, конден сатор 2 заряжается линейно. Так какнапряжение на правом выводе резистора 5 поддерживается равным нулю, топротекающий ток заряда создает назамкнутом ключе блока 8 и резисторе3 падение напряжения такое, что полярность напряжения на входе ОУоказывается противоположной полярности Пв, а его величина определяетсяпо Формуле гк+ КБ БЬХ К где г - сопротивление замкнутогокключа,К - сопротивление резистора 3ФЛинейный заряд конденсатора 2 начинается от напряжения П в относительно общей точки. В то же время относительно неинвертирующего входа ОУ 1 и выхода ОУ 10, он начинался от нуля. При этом напряжение на конденсаторе 2 определяется по Формуле 1 вхБс1 где с - время от начала заряда,с - емкость конденсатора 2.В конце первого такта интегрирования длительностью Т конденсатор 2 оказывается заряженным до напряжения 1 вх П вхТ =Тс,=, ц=Кс к1 1 Ео1РаЪР К2 Еогили 1 с, = -- т5 где К 2 - сопротивление резистора 6, КВ - сопротивление резистора 7. По окончании первого такта интегрирования ключи блоков 8 и 9, сигнальные входы которых были соединены с резистором 5, размыкаются устройством управления 11. Устройство управления, в зависимости от полярности входного напряжения, замыкает в блоках 8 и 9 либо те ключи, сигнальные входы которых соединены с резистором 6, либо те, которые, соединены с резистором 7, При этом от входных зажимов через резистор 6 или 7, соответствующий ключ блока Я и резистор 3 на вход ОУ 1 поступает ток, направление которого противоположно направлению тока в первом такте интегрирования, Величина этого тока Ранназ 14При этом напряжение на инвертирующем и неинвертирующем входах ОУ 1 равно гы+ Ко Гк КаЕ = -Е -- или Е = -Ео 02о 1 2 р3 10274ние эквивалентно подключению входовкомпаратора 4 параллельно конденсатору 2, что и требуется.5Напряжение на выходе компаратора4 определяется выражениемХотя напряжение на входах ОУ 1 в момент переключения ключей изменяется с 11на Е или Е д, напряжениеОзаряда конденсатора 2 Б с, не меняется. Так как направление тока на входе ОУ 1 изменилось на противоположное, начинается линейный разряд конденсатора 2 до нуля. Время разряда определяется выражением:о Бс Т = с ---1 Т У Рзр т.е,Кт КэТ= ТнБр или Т= Тяжбуо 1ЕоФТаким образом, время разряда конденсатора 2 пропорционально входному напряжению, т.е. осуществляетсяпреобразование входного напряженияв интервал времени,Для завершения процесса преобразования компаратор 4 в момент равенства нулю напряжения на конденсаторе 2 должен изменить состояние,подавая на устройство управления 11сигнал об окончании второго тактаинтегрирования (момент времени Т),Для этого один из входов компаратора 4 соединен с выходом ОУ 1. Есливторой вход компаратора 4 будет приэтом подключен, например, к нулевойточке, то компаратор 4 изменит состояние не в момент времени, когданапряжение на конденсаторе 2 равнонулю, а в момент времени, когдасумма - напряжение на конденсаторе 2и Е( или Е - равна нулю. Нельзятакже подключить второй вход компаратора к точке с напряжением, равнымЕ , или Е , так как полярность этих(напряжений зависит от полярностивходного напряжения, а величина - отнапряжения Е , Еи сопротивлениярезисторов 6 и 7. Таким образом,второй вход компаратора должен бытьсоединен с неинвертирующим входомОУ 1 или, с выходом ОУ 10, Так какнапряжение между входами операционного усилителя (без учета напряжениясмещения) равно нулю, такое соедине где 11 - напряжение на неинвертирувх,ющем входе компаратораП- напряжение на инвертирующем входе компаратора,.К 515 = Я Р 5 - сопротивление резистора 13;Рб - сопротивление резистора 12.Выходное напряжение компаратора складывается из двух составляющих - напряжения, вызванного напряжением на конденсаторе 2, и напряжения противоположной полярности, вызванного входным синфазным сигналом./ Формула изобретения 1, Интегрирующий аналого-цифровойпреобразователь, содержащий интегратор, выполненный на конденсаторе, 4 первом резисторе и первом операционном усилителе, выход которого черезконденсатор соединен с инвертирующимвходом первого операционного усилителя и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен свыходами трех ключей, компаратор, выход которого подключен к входу устройства управления, первый, второйи третий выходы которого соединены суправляющими входами первого, второгои третьего ключей соответственно, агруппа выходов является выходной шиной, резисторы с второго по пятый,входную и две опорные шины, о т л и 2 б При 11 = 0 напряжения на входахс. следовательно, такое же напряжениеи на выходе компаратора, т.е. коэффициент передачи компаратора по син фазному сигналу равен единице. Выбирая Е , Еравным напряжению сраба( (тывания логических элементов устройства 11, устраняем дополнитель.ную погрешность, вызванную инерционностью компаратора 4, Требуемая величина напряжений Е , Е можетбыть подобрана изменением сопротивления резистора.5 14 ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюуменьшения погрешности преобразования, в него введены шестой резистор, три дополнительных ключа и второй , операционный усилитель, инвертирующий вход которого через соответствующие первый, второй и третий дополнительные ключи подключены к информационным входам первого, второго и третьего ключей и первым выводам второго, третьего и четвертого резисторов, вторые выводы которых являются соответственно входной и первой и второй опорными шинами, неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общей шиной, а, выход - с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и через пятый резистор с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход через шестой резистор соединен с инвертирующим входом компаратора, управляющие входы дополнительных ключей объединены с управляющими входами первого, второго и третьего ключей соответственно.2, Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что уст,ройство управления выполнено на генераторе импульсов, пяти элементах И, инверторе, элементе задержки, двух формирователях импульсов, трех триггерах, двух счетчиках, выход первого из которых является группой выходов блока, вход сброса объединен с входом сброса второго счетчика, входом установки "1" первого триггера, первым 10274 6входом первого формирователя импульсов и подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого непосредственно а второй - через элементУзадержки соединен с выходом второготриггера, объединен с первым входомвторого элемента И и является первымвыходом блока, второй вход второгоэлемента И объединен с первым входом третьего элемента И и подключенк первому выходу генератора импульсов, второй выход которого соединенс входом установки "1" второго триг гера и входом сброса третьего триггера, выход которого является шинойполярности к первому входу четвертого элемента И непосредственно и кпервому входу пятого элемента И через инвертор, вторые входы третьего,четвертого и пятого элементов Иобъединены и подключены к выходупервого триггера, выход третьегоэлемента И соединен со счетным вхо дом первого счетчика, а выходы четвертого и пятого элементов И являются соответственно вторым и третьимвыходами блока, выход переполнениявторого счетчика соединен с входомсброса второго триггера, вход установки "1" третьего триггера подключен к выходу первого формирователяимпульсов, второй вход которогообъединен с входом второго формирователя импульсов и является входом блока, а выход второго формирователя импульсов соединен с входом сброса пер-,вого триггера, выход второго элемента И подключен к счетному входу второго счетчика.1410274 фиг 1 дактор Н. Горв ор шетник аказ 3495 ПодписноеСССР ии д. 4 У тная,ул, Пр изводственно-полиграфическое предприятие,ВНИИП по 3035, ставитель Н.Козловхред Л Сердюкова К Тираж 928Государственного комитет елам изобретений и открь сква, Ж, Раушская наб