Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 3 М 1/5 ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ МИТЕТ СССРИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСА Е ИЗОБ ТЕН СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСН В 28ехнический ин Л. И, ТимченЧепорнюк ель 1/(56) Авторское свидУ 1046929, кл, Н 03Гейг С, и др, Пртронных прибороврис, 2,40 а. ОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБР ретение относится к ычислительной техник использовано в конт ьной аппаратуре. Це вляется расширение я за счет возможнос одных кодов различи(54) АНАЛ (57) Изо тике и вжет бытьизмерите ретенияпримененчения вых 8013272 и снижение потребляемой мощности.Входное напряжение АЦП усиливаетсявходным эмиттерным повторителем потоку и подается на входы двух дифференцирующих блоков, анализирующихсовместно с элементами НЕ, И-НЕ процесс изменения входного сигнала. Ес"ли входное напряжение не изменяется,то АЦП формирует на выходе единичнопозиционный код, В случае изменениявходного сигнала АЦП формирует егопредставление в единично-нормальномкоде, соответствующем количеству возбужденных разрядов, каждый из которых выполнен на ключевом элементе на транзисторе, делителе напряжения,фтокоограничивающих элементах, индикационном светодиоде, разделительныхдиодах, фотодиоде обратной связи, фотодиодах и светодиодах гашения. Сброс Свозбужденного разряда осуществляетсяимпульсами генератора импульсов черезэлемент И-НЕ, 2 з.п. ф-лы, 1 ил, 13272Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и можетбыть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре,Цель изобретения - расширение области применения за счет возможностиполучения выходных кодов различныхвидов и снижение потребляемой мощности.10На чертеже представлена структурная электрическая схема аналого"цифрового преобразователя (АЦП).АЦП содержит разряды 1,11,п,первый токоограничивающий элемент 2на резисторе, индикационный светодиод3, шину 4 питания, общие для всехразрядов 1,11,п генератор 5 импульсов, согласующий блок 6 на эмиттерном повторителе, аналоговый ключ207, выполненный на эмиттерном повторителе 8, токоограничивающем элементе 9, фотодиоде 10, светодиоде 11 итокоограничивающем элементе 12, шину 13 управления, элемент И-НЕ 14,составной транзистор 15, дифференцирующий блок 16, элемент НЕ 17, дифференцирующий блок 18, конденсатор19, делитель напряжения на резисторах 20 и 21, нагрузочный резистор 22,делитель напряжения на резисторах 23и 24, ключевой элемент 25 на транзисторе, разделительный диод 26, шину27 сигнала, фотодиод 28 обратной связи, шину 29 обратной связи, элементИ-НЕ 30, разделительный диод 31, фотодиоды 32 и 33 гашения, светодиоды34 гашения, светодиод 35 обратнойсвязи, разделительный диод 36, токоограничивающий элемент 37, светодиод39 гашения и ключ 39 управления.40АЦП работает следующим образом.На вход эмиттерного повторителя 6поступает аналоговое напряжение Б,которое усиливается по току и передается на входы дифференцирующнх блоков 16 и 18,Напряжение на базе составноготранзистора 15 второго дифференцнрующего блока 18 посредством делителя напряжения, состоящего из резисторов 20 и 21, выбрано таким образом, чтобы в нормальном состоянии, т.е. при отсутствии напряжения навходе дифференцирующего блока 18 или его постоянстве, составной транзистор 15 был в открытом состоянии, т.е на выходе дифференцирующего блока 18 93 2присутствовало напряжение логического нуля.Напряжение на базе составного транзистора 15 первого дифференцирующего блока 18 посредством делителя напряжения на резисторах 20 и 21 выбрано таким образом, чтобы в нормальном состоянии составной транзистор 15 был в закрытом состоянии т,е, на выходе днфференцирующего блока 16 присутствовало напряжение логической единицы, Рабочие точки составных транзисторов 15 дифференцирующих блоков 16 и 18 выбраны так, чтобы они находились в начале и в конце активной области характеристики транзисторов соответственно,Конденсатор 19, сопротивление, образованное параллельным соединением резисторов 20 и 21, и сопротивление составного транзистора 15 со стороны базы выполняют функцию дифференцирующей КС-цепочки. Если напряженке на входах дифференцирующих блоков 16 иЙБ18 не изменяется т е -- = 0 тод 1они находятся в нормальном состоянии. Если напряжение ПХ увеличивается,Охт.е. -- ) О, то на выходах КС-цепочекс 1выделяется некоторое положительное напряжение, которое приводит к открыванию составного транзистора 15 первого дифференцирующего блока 16 и появлению его на выходе напряжения логического нуля, а также к еще большему открыванию составного транзистора 15 второго дифференцирующего блока 18 к неизменности его выходного напряжения,Если напряжения на входах дифференцирующих блоков 16 и 18 уменьшаПхется т,е, -- (О то на выходахф ЙКС-цепочек выделяется некоторое отрицательное напряжение, которое приводит к закрыванию составного транзистора 15 второго днфференцирующего блока 18 и появлению на его выходе напряжения логической единицы, а также к еще большему закрыванию составного транзистора 15 первого дкфференцирующего блока 16 и неизменности его выходного напряжения, что иллюстрируется таблицей,Первого х Второго х О сШхО если -- = ОЭй 1 20 Б =Пх 2 а 5 Выходы дифференциаторов1 1 Здесь Й - функция управления,1 если - -) О, или сО,сШх НихФаа 1327293 4напряжение логической единицы, чтоприводит к,появлению сигнала 1=1 нашине 13 управления, что, в свою очередь, приводит к появлению на выходе5второго элемента И-НЕ 30 и шине 29обратной связи импульсов генератора.Единичный сигнал на шине 13 приводитк прохождению тока через светодиод11 и третий токоограничивающий элемент 12. Сопротивление обратно вклю"ченного фотодиода 10 резко уменьшается и через второй токоограиичивающий элемент 9 начинает протекать ток,вызванный напряжением на выходе эмиттерного повторителя б. На выходеэмиттерного повторителя 8 аналогово"го ключа 7 и на шине 27 сигнала появляется напряжениеИсходя из таблицы,2 1 фчто реализуется инвертором 17 и первым элементом И-НЕ 14. Таким образом, если входное напряжение неизменно, то на шине 13 управления присутствует напряжение логического нуля. Если входное напряжение изменяется, то на З шине 13 управления - напряжение логической единицы. Чувствительность дифференцирующих блоков зависит от величин емкости конденсатора 19, резисторов 20 и 21, сопротивления составного транзистора 15 со стороны базы, а также коэффициента усиления составного транзистора 15.Порог срабатывания д-го разряда 1,ь. П порог 1.1 устанавливается 4 соотношением плеч резисторов 23 и 24 делителя напряжения каждого разряда: смаке аминх 1и Тогда в момент, когда на шине 29 об ратной связи присутствует напряженяелогической единицы, возбуждаютсямладших разрядов 1,1,1,1. По кол"лекторяой цепи транзистора 25 каждого из младшихразрядов 1.1,1.хначинает протекать ток, что вызывает 5 включение светодиодов 3, 34, 35. Световой поток светодиода 35 обратнойсвязи поступает на фотодиод 28 обратной связи, что приводит к резкомууменьшению его обратного сопротивления. При этом в базу транзистора 25каждого из младшихразрядов 1,1,. ,1,х поступает дополнительныйток, обусловленный напряжением логической единицы на шине 29 обратнойсвязи, что приводит к еще большемуоткрыванию транзистора 25 каждого измладших разрядов 1.1. ,1.1. Световой поток от светодиода 34 50 гашения поступает на фотодиод 32 гашения предыдущего разряда, что приводит к резкому уменьшению его обратного сопротивления, но гашения непроисходит, так как на шине 13 уп равления присутствует напряжение логической единицы. Поскольку транзистор 25 каждого из д младших разрядов 1.11.1 открыт, то напряжение на его коллекторе несколько 0 порог 1.1. = П; О пОРог 1 фи Пмакс 1 11 макс Пм ин,0 порог 1.1 = ---1 игде Би 11 акс - минимальная и максимальная точки напряжения, которые регистрируются АЦП.Рассмотрим работу АЦП в режиме единично-нормального кода.В режиме единично-нормального кода ключ 39 управления замкнут, Поэтому составной транзистор 15 второго дяфференцирующего блока 1 б закрыт и на выходе последнего присутствует где Б - падение напряжения наЗппереходе база-эмиттерэмиттерного повторителя.Предположим, что5 3выше нуля, что приводит к открываниютретьего разделительного диода 36 ичерез цепь: токоограничивающий эле"мент 37, разделительный диод 36 транзистор 25 начинает протекать ток, минуя светодиод 38 гашения.Светодиод 38 гашения не включен,Световой поток не поступает на фотодиод 33 гашения последующего разряда. Поэтому его обратное сопротивление велико.В старших иневозбужденных разрядах ток по коллекторной цепи транзистора 25 не протекает, Поэтомусветодиоды 3, 34, 35 не включены.Обратное сопротивление фотодиода 28обратной связи велико, Дополнительный ток в цепь базы транзистора, 25не поступает. Сопротивление фотодиода 32 гашения старших и+1 разря-,дов велико и гашения не происходит,Поскольку транзистор 25 в каждом изстарших иразрядов закрыт, то наего коллекторе - высокий потенциал,что приводит к закрыванию разделительного диода 36 и протеканию тока поцепи: токоограничивающий элемент 37,светодиод 38 гашения. При этом светодиод 38 гашения включен. Световойвоток от него поступает на фотодиод33 гашения последующего разряда, чтоприводит к резкому уменьшению его обратного сопротивления Таким образом,оператор наблюдает свечение индикационных светодиодов 3 младших д разрядов 1,11., соответствующихвеличине .входного аналогового напряжения,По окончании импульса на шине 29обратной связи устанавливается напряжение логического нуля, что приводитк открыванию фотодиодов 28 обратнойсвязи, которые в данном случае оказываются в прямом включении, Через нихпротекает ток гашения и происходитсброс возбужденных разрядов, Такимобразом, при работе в режиме единично-нормального кода производитсядискретизация во времени аналоговогонапряжения Б импульсами генератора5 импульсов.При работе в режиме единичногонормально-позиционного кода ключ 39разомкнут, Если входной аналоговыйсигнал 0 изменяется, т.е, ЙПО7 О,то на шине 13 управления присутствуетнапряжение логической единицы и работа устройства аналогична укаэанной. 27293Предположим, что напряжение 11 увеличивалось, и достигло величины 1 макс - Цчин Б = ---- 1. = соиз,Х 1 п 5 Возбудилось 1 младших разрядовЯу1.11.1 Поскольку -- = О, тос 11на шине 13 управления присутствуетнапряжение логического нуля, что приводит к установлению на шине 29 обратной связи напряжения логическойединицы. Ток через светодиод 11 итокоограничивающий элемент 12 не про 5.текает, что приводит к увеличениюсопротивления фотодиода 10, что всвою очередь, приводит к резкомууменьшению тока, проходящего черезтокоограничивающий элемент 9 в цепьбазы эмиттерного повторителя 8 анало;гового ключа 7. Ток в эмиттерной цепи эмиттерного повторителя 8 оченьмалПоэтому на выходе аналоговогоключа 7 и шине 27 сигнала напряжениепрактически равно нулю, но включениемладших разрядов 1,11,1. негасится по шине сигнала 27, так какмежду шиной 27 сигнала и резистором24 включен разделительный диод 26,30Так как разряд 1.2 включен то светофвой поток от второго светодиода 34гашения второго разряда 1,2 поступает на второй фотодиод 32 гашенияпервого разряда 1.1, Обратное сопротивление этого фотодиода резко умень 35 шается и происходит гашение первогоразряда 1,1, поскольку на шине 3управления присутствует напряжениелогического нуля,После гашения первого разряда 1,1на коллекторе транзистора 25 первогоразряда устанавливается высокий потенциал, что приводит к включениюсветодиода 38 гашения первого раз- ,5 ряда 1,1, Световой поток от этогосветодиода поступает на фотодиод 33гашения второго разряда 1.2. Обратное сопротивление этого фотодиодарезко уменьшается, Так как фотодиод 50 32 гашения второго разряда 1.2 имееттакже малое обратное сопротивление,поскольку он оснащен световым потоком от светодиода 34 гашения третьего разряда 1,3, происходит гашение 55 второго разряда 12, Таким образом,происходит последовательное гашениемладших хразрядов ,1 .1, х,Разряд 1,1 гасится, поскольку фотодиод 32 гашения разряда 1.1. не осве13272 е1, Аналого-цифровой преобразователь, содержащий и, по числу разрядов, первых токоограничивающих элементов, и индикационных светодиодов, аноды которых объединены и являются шиной питания, а катоды подключены к первым выводам первых токоограничивающих элементов соответствующих разрядов, 45 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности получения выходных кодов различных видов и снижения потребляемой мощности, в него введены генератор импульсов, согласующий блок, выполненный на эмиттерном повторителе, аналоговый ключ, ключ управления, первый и второй дифференцирующие блоки, первый и второй элементы 55 И-НЕ, элемент НЕ, и делителей напряжения, п ключевых элементов на транзисторах, ивторых токоограничиваащих элементов, и первых разделитель 7щен. Поэтому сопротивление этого фотодиода большое,Если входное напряжение У опятьк изменяется, то на шине 13 управления появляется напряжение логической еди 5 ницы, что приводит к прохождению импульсов на шину 29 обратной связи от генератора 5. Первой же паузой между импульсами на шине 29 происходит сброс возбужденного разряда 1.д. ЮТаким образом, если входное напряжение У не изменяется, то АЦП преобразует входной сигнал в единично-позиционный код, если же Б изменяется, то во время преобразования 15 входного сигнала производится его представление в единично-нормальном коде, соответствующем количеству возбужденных разрядов АЦП, Такой режим работы по сравнению с прототипом приО водит к повышению информативности процесса преобразования входного сигнала, так как существенно упрощается процесс "диалога" оператора с устройством, что в конечном счете расширя ет область применения АЦП.Снижение потребляемой мощности АЦП обусловлено тем, что в режиме единичного нормально-позиционного кода не изменяющийся аналоговый сиг О нал представляется одним соответствующим возбужденным разрядом и энергию источника питания потребляет лишь этот один возбужденный разряд. 35Формула изобретения 93 8ных диодов, и фотодиодов обратнойсвязи, пвторых разделительных диодов, ипервых фотодиодов гашения,ивторых фотодиодов гашения, и первых светодиодов гашения, и светодиодов обратной связи, итретьихразделительных диодов и пвторыхсветодиодов гашения, катод каждогоиз которых в каждом -м разряде, где .=1,2п, является шиной нулевого потенциала, анод соответственносоединен с анодом третьего разделительного диода соответствующего разряда и через соответствующий второйтокоограничивающий элемент подключенк шине питания, а катод третьего разделительного диода соединен с коллектором транзистора соответствующегоразряда, эмиттеры транзисторов всехразрядов объединены и являются шинойнулевого потенциала, а базы подключены к анодам соответствующих фотодиодов обратной связи, катоды которыхобъединены и подключены к выходу второго элемента И-НЕ, первый вход которого, соединен с выходом генератораимпульсов, а второй вход объединенс первым входом аналогового ключа ис катодами вторых разделительных диодов всех разрядов и подключен к выходу первого элемента И-НЕ, первыйвход которого соединен с выходомпервого дифференцирующего блока, авторой вход через элемент НЕ подключен к выходу второго дифференцирующего блока, первый вход которогообъединен с первым входом первого дифференцирующего блока и подключен кпервому выходу эмиттерного повторителя, второй вход объединен с вторымвходом первого дифференцирующего блока и является шиной питания, а третий вход второго дифференцирующегоблока через ключ управления подключен к шине нулевого потенциала, катод первого разделительного диодав каждом разряде соединен с первымвходом делителя напряжения соответствующего разряда, выход которогосоединен с базой транзистора соответствующего разряда, а второй вход является шиной нулевого потенциала,аноды всех первых разделительных диодов объединены и подключены к выходу аналогового ключа, второй вход ко. -торого соединен с вторым выходомэмиттерного повторителя, вход которо"го является входной шиной, второй вывод первого токоограничивающего эле"9 132 мента каждого из и разрядов соединенс анодом соответствующего светодиодаобратной связи, катод каждого иэ которых, кроме первого, соединен с анодом первого светодиода гашения соответствующего разряда, катод которогоподключен к коллектору соответствующего транзистора, база транзисторакаждого 1.-го разряда, где2,3.,и, соединена с катодом соответствующего второго фотодиода гашения,анод которого соединен с катодом соответствующего первого фотодиода гашения, аноды первых фотодиодов гашения всех разрядов подключены к анодам соответствующих вторых разделительных диодов, база транзистора первого разряда соединена с катодом первого фотодиода гашения первого разряда, катод светодиода обратной связи первого разряда соединен с коллектором транзистора первого разряда, причем первые светодиоды гашениякаждого, кроме перового, разряда оптически соединены с первыми фотодиодами гашения соответствующего предшествующего разряда, светодиоды обратной связи каждого разряда оптически соединены с соответствующими фотодиодами обратной связи, а вторые светодиоды гашения каждого -го разряда,где " д = 1,2 п, оптически соединены с вторыми фотодиодами гашениясоответствующего +1 разряда,2, Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что аналоговый ключ выполнен на согласующем 72931 Оэлементе, эмиттерном повторителе,двух токоограничивающих элементах,фотодиоде и светодиоде, анод которогоявляется первым входом аналоговогоключа, вторым входом которого является катод фотодиода, анод которогочерез первый токоограничивающий элемент соединен с входом эмиттерногоповторителя, выход которого является 0 выходом аналогового ключа, при этомкатод светодиода через второй токоограничивающий элемент подключен кшине нулевого потенциала. 5 3, Преобразователь по п. 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что дифференцирующий блок выполнен на конденсаторе, делителе напряжения, двухрезисторах, нагрузочном резисторе и20 составном транзисторе, эмиттер которого является шиной нулевого потенциала, а коллектор объединен с первым выводом нагруэочного резистора иявляется выходом дифференцирующего25 блока, первым входом которого является первый вывод конденсатора, второйвывод которого объединен с первымивыводами первого и второго резисторови подключен к базе составного тран 30 зистора, при этом второй вывод первого резистора объединен с вторым выво"дом нагрузочного резистора и являетсявторым входом дифференцирующего блока,третьим входом которого является вто 35 рой вывод конденсатора, а второй вывод второго резистора является шинойнулевого потенциала,1 327293 оставитель В, Войтоехред Л.Сердюкова орректор И. Мус Редактор И, Касарда Подписно Т Заказ кзводственно-полиграфическое предприятие, гУжгород, ул, Проектн 399/55ЗНИИПИ Госпо делам3035, Моск дарственного коми изобретений и отк а, Ж, Раушская та СССР тий аб д.