Аналого-цифровой преобразователь

 

3l2279

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсних

Социалистичесних

Республии

Зависимое от авт. свидетельства №

МПК G 06j 3/00

Н 031с 13/20

Заявлено 10.Ч!.1970 (№ 1438397/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 19.Ч111.1971. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 28.Х.1971

Комитет по делам иасбретений и отнрытий при Совете 6Лииистаов

СССР

УДК 681.325(088.8) Авторы изобретения

Э. К. Шахов, В. М. Шляндин и В. Г. Овчинников

Пензенский политехнический институт

Заявитель

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники.

Известен аналого-цифровой преобразователь, в котором интеграл от входного преобразуемого напряжения компенсируется разностью интегралов от двухполярных импульсов обратной связи одинаковой амплитуды U0. Один из этих импульсов действует в течение части Т„а второй — в течение части

Т2 образцового интервала времени Т, так что

Т1+Т2=Т. Информацию о величине преобразуемого напряжения несет относительная разность указанных временных интервалов

Т1 — Т .

Недостатками известного устройства являются зависимость крутизны преобразования от стабильности суммирующих сопротивлений интегратора, нелинейность функции преобразования, обусловленная конечной величиной коэффициента усиления применяемого операционного интегрирующего усилителя, влияние на точность дрейфа нуля усилителя, которое особенно ощутимо при преобразовании и напряжении малого уровня. Нестабильность коэффициента усиления также приводит к ошибкам преобразования. Низкое сопротивление преобразователей интегрирующего типа равно суммирующему сопротивлению интегратора со стороны входного напряжения. Причем увеличение этого сопротивления ограничивается соответствующим снижением чувствительности преобразователя. Низкое входное сопротивление предъявляет жесткие требования к величине и стабильности внутреннего сопротивления источника входного сигнала.

В предлагаемом аналого-цифровом преобразователе эти недостатки устранены за счет того, что он снабжен дополнительной идентичной интегрирующей RC-цепью, включенной между входным зажимом преобразователя и вторым входом дифференциального усилителя постоянного тока, усилителем постоянного тока по схеме МДМ, входы которого подключены к выходам интегрирующих цепей, а выход несимметрично — ко входу второго каскада дифференциального УПТ. Для автоматической индикации полярности преобразуемого напряжения он снабжен дополнительным триггером, триггером знака и схемой инверсии индикации. Причем вход триггера знака через дополнительный триггер подключен к выходу счетчика, а выход соединен с управляющим входом схемы инверсии индикации, включенной между кодовыми выходами счетчика и входами схемы цифровой индикации.

На фиг. 1 дана блок-схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

30 Преобразователь содержит сопротивления

312279 -

15 го

35 (U,— U ), РЗС4 (1 +U).

1 — 8 и емкости 4, о двух идентичных интегрирующих RC-цепей, усилитель постоянного тока б, выполненный по схеме МДМ (модулятор — усилитель — демодулятор), дифференциальный усилитель постоянного тока 7 (УПТ), два блока сравнения 8 и 9, переключающий триггер 10, электронный переключатель 11, источник образцового напряжения 12, ключи 18 и 14, генератор образцовой частоты

15, формирователь измерительного интервала (делитель частоты) 1б, блок управления 17, триггер знака 18, дополнительный триггер 19, счетчик 20, схему инверсии индикации 21 и схему цифровой индикации 22, Работа устройства рассматривается ниже в следующей последовательности: вначале поясняется принцип действия преобразователя напряжения в относительную величину временного интервала (элементы 1 — 5 и 7 — 12), затем устройства автоматической выборки дрейфа нуля и устройства цифрового измерения относительной величины временного интервала (элементы 18 — 22) .

Предположим, что к данному моменту времени емкости 4 и б интегрирующих цепей заряжены до величины входного напряжения (для этого параметры схемы подобраны таким образом, что входное сопротивление усилителя Rsx >> R = R2 (сопротивлений 1 и 2 интегрирующих цепей) и что напряжение усилителя достигло одного из опорных уровней, например U« В результате срабатывания блок сравнения 9 с помощью триггера

10, коммутируемого по логическим входам, и переключателя 11 подключает на вход интегрирующей цепи образцовое напряжение

+Up (cia. фиг. 2). При этом емкость 4 начинает заряжаться со скоростью, которая при надлежащем выборе параметров устройства, обеспечивающем малую пилообразную составляющую напряжения на емкости 4 по отношению к величине U<, определяется выражением: где Я, — величина суммирующего сопротивления 8;

С4 — величина интегрирующей емкости 4 (рассматривается случай преобразования положительного входного напряжения U„„).

Как только напряжение на емкости 4 достигнет величины, при которой напряжение на выходе УПТ сравняется с величиной U„„„, срабатывает блок сравнения 8 и с помощью триггера 10 и переключателя 11 подключает на вход интегрирующей цепи образцовое напряжение — Uz. В результате емкость 4 начинает разряжаться со скоростью

Функция преобразования устройства имеет вид: т,— т, U,. т, + т, При U =O интервалы Ti и Т равны (см. фиг. 2). Идентичность интегрирующих цепей приводит к тому, что изменение напряжения на выходе УПТ обусловлено лишь пилообразной составляющей на емкости «рабочей» интегрирующей цепи. Изменение же самого преобразуемого напряжения U, приводит к одинаковым изменениям напряжения непосредственно на входах УПТ и не вызывает каких-либо изменений его выходного напряжения.

Для случая отрицательной полярности напряжения U, справедливо соотношение

T3 — Tl Ux т, + т, и, Следовательно, устройство может быть применено для преобразования напряжения обеих полярностей с автоматическим указанием его знака.

В выражении функции преобразования не входят ни величины суммирующих сопротивлений и емкостей интегрирующих цепей, ни величина коэффициента усиления усилителя, ни величины опорных уровней блоков сравнения. Стабильность коэффициента преобразования определяется лишь стабильностью образцового напряжения Uo.

Устройство обеспечивает высокое входное сопротивление, равное 1 + вх

В данном случае при прочих равных условиях следует ожидать часгичной компенсации погрешности от нелинейности, свойственной всем преобразователям с использованием аналогового интегрирования.

Для устранения погрешности от дрейфа нуля в предлагаемом преобразователе применено устройство автоматической выборки дрейфа, представляющее собой усилитель МДМ 6, входы которого подключены к интегрирующим емкостям 4 и 5, а выходы несимметрично— ко входу второго каскада УПТ.

При появлении напряжения дрейфа на вход усилителя МДМ воздействует разность напряжений на емкостях 4 и 5, равная напряжению дрейфа УПТ, приведенному к его входу.

Это напряжение усиливается и в противофазе подается на вход второго каскада УПТ.

Рассмотрим работу цифрового измерителя относительной величины временного интервала. Переключающий триггер 10 в каждый из последовательных интервалов времени Т +Т открывает ключ 13 на время Т1. При этом на ключ 14 поступают пачки импульсов с генератора образцовой частоты 15. По команде с блока управления 17 формирователь измерительного интервала 16 открывает к,поч на И на время Т и производится подсчет импульсов.

Для автоматического указания знака измеряемого напряжения и переключения отсчета с прямого кода на обратный в схеме предусмотрены дополнительный триггер 19, триггер знака 18 и схема инверсии индикации 21.

Перед началом измерения блок управления

17 устанавливает счетчик 20 и триггер 19 в нулевое исходное состояние, а триггер знака

18 — в состояние, соответствующее индикации знака « — » и отсчета в обратном коде. Если

U„(0, то это состояние остается неизменным и по окончании образцового интервала Т„.

Если У„) О, счетчик 20 переполняется два раза, и выходной импульс триггера 19 переключает триггер знака в состояние, соответствующее индикации знака «+» и отсчета в прямом коде, Схема инверсии индикации, управляемая триггером знака, может переключать индикацию отсчета с прямого кода на обратный, который отличается от требуемого дополнительного кода на единицу.

Соответствующая поправка при измерении отрицательных напряжений может быть произведена одним из известных методов.

Предмет изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий интегрирующую RC-цепь, дифференциальный усилитель постоянного тока, два блока сравнения, источник образцового напряжения, электронный переключатель с триггером управления, генератор образцовой частоты, два ключа, формирователь измерительного интервала, счетчик со схемой цифровой индикации и блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности пр ;, существенном снижении требований к стабильности параметров схемы, он содержит

10 дополнительную интегрирующую RC-цепь, включенную между входом преобразователя и вторым входом дифференциального усилителя постоянного тока.

2. Устройство по п. 1, отличаюи1ееся тем,что, 15 с целью компенсации погрешности от дрейфа нуля дифференциального усилителя постоянного тока преобразователя, оно содержит усилитель постоянного тока по схеме МДМ, входы которого подключены к выходам интегри20 рующих RC-цепей, а выход — к одному из входов второго каскада дифференциального усилителя постоянного тока.

3. Устройство по п. 1, отличаюш,ееся тем, что, с целью автоматической индикации поляр25 ности при преобразовании знакопеременного напряжения, оно содержит дополнительный триггер, триггер знака и схему инверсии индикацич, причем вход триггера знака через дополнительный триггер подключен к выходу

30 счетчика, а выход триггера знака соединен с управляющим входом схемы инверсии индикации, включенной между кодовыми выходами счетчика и входамп схемы цифровой индикации.

312279

//л -/7

Составитель В. Махианов

Техред Л. Евдонов Корректоры: А. П. Васильева и И. М. Шматова

Редактор Л. Утехина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1901/12 Изд. № 1135 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Рзушская наб., д. 4/5