Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к информационной измерительной технике и может быть использовано в цифровых вольтметрах, омметрах и комбинированных приборах. Изобретение позволяет повысить точность и упростить преобразователь . Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий ключи 2,3,7, резисторы 4,5,6, интегратор 9, источник 1 опорного напряжения, элементы И 14,15,12,13,22, счетчики импульсов 16,19,20, триггеры 21,23, компаратор 11, введены компаратор 10 и блок индикации 17. 2 ил. СЛ С фие.1

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (дц 4 Н 03 M 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ.(21) 3766435/24-24 (22) 09.07.84 (46) 15.11.87. Бюл. g 42 (71) Производственное объединение

"Краснодарский ЗИП" (72) Г.А. Кийков и Ю.И. Синельников (53) 381.325(088.8) (56) Патент ФРГ У 2114141, кл. Н 03 К 13/20, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 1157681, кл. H 03 М 1/00, 1982. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к информационной измерительной технике и может быть использовано в цифровых вольтметрах, омметрах и комбинированных приборах. Изобретение позволяет повысить точность и упростить преобразователь. Это достигается тем, что в преобразователь, содержаш(ий ключи

2,3,7, резисторы 4,5,6, интегратор

9, источник 1 опорного напряжения, злементы И 14, 15, 12, 13,22, счетчики импульсов 16, 19,20, триггеры 21,23, компаратор 11, введены компаратор 10 и блок индикации 17. 2 ил.

1352646

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 †.временные 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 1б . точка резисторов через интегратор

9 соединена с входами компараторов

10 и 11, выход компаратора 10 соединен с вторым входом элемента И 12, первый вход которого соединен с вто- 20 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- 30 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 триггер 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.

На временных диаграммах, иллюстрирующих работу. устройства, изображены: на графике 24 — закон изменения проводимости ключа 7, 25 — закон изменения проводимости ключа 2; 26 — щ 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 интегратора 9; 31 - напряжение смещения нуля компаратора 10; 32— импульсы на выходе генератора 18.

Здесь же номерами 33-56 обозначены моменты перекоммутации ключей 2, 3,7 и прямой линией обозначенной

U — смещение нуля 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 U„. Триггер 23 формирует интервалы, определяющие один измерительный цикл, состоящий из интегрирующего цикла 33-53 и подготовительного 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 U к величине сопротивления резистора 6. Напряжение на выходе интегратора 9 начинает линейно нарастать (фиг.2, график 27).

Приращение напряжения на выходе интегратора 9 за интервал времени 3433 составит по

ЬП ю П

34зь х R C

6 где ht, — элементарный интервал времени, равный периоду напряжения на выходе генератора 18;

Il — число элементарных интерва01 лов в течение отрезка времени 34-33, 1352646

5 о +?m l г-I ьц = U — — — - - -=- (4) г -г)гт- = s R .С

6 где m — целое число, соответствующее условно ?6m 11.

10 Изменение напряжения на выходе интегратора в интервалах, когда ключ

2 замкнут, определяется выражением

„ k Q dna- pm at п,. „, aU = и с — ---= - — — U — -- —. - Э m-1 )гт- R C О R

15 6 Ф (5) где m — целое число, соответствующее условию 2

В момент времени 53 третий ключ

7 размыкается, отключая напряжение и замыкаются ключи 2,3. Замыкание ключа 3 производится элементом И 14

25 по поступающему на нее разрешающему сигналу с выхода триггера 23. Закон изменения проводимости второго ключа

3 показан на графике 26 фиг.2.

На вход интегратора 9 в интервале

53-56 поступают два тока от источника 1:через ключ 2 и резистор 4, а также 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 53-56 составит (2) R, = 0,5 R

atо и 5Э, 56

-U

К С Э 56

0 К С

5 (6) После размыкания ключа 2 вмомент

56 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, где п, — количество элементарных ин50 что тервалов времени 6t в интервале .33-36.

В дальнейшем до окончания интегри- 55 рования устройство работает аналогично, но с тем лишь отличием, что разряды начинаются замыканием ключа 2 в нечетные моменты 35-33.

Uo разрядный ток

100 К

R — величина сопротивления резистора 6;

С вЂ” величина емкости конденсатора в интеграторе 9 °

В 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 U„ равном напряжению источника 1.

При этом условии где R — величина сопротивления резистора 4.

Напряжение на выходе интегратора

9 линейно убывает. В момент, когда напряжение на выходе интегратора 9 станет равно смещению нуля компаратора 10, с его выхода на элемент И 12 поступает разрешающий сигнал, на первый вход элемента И 1? поступают импульсы с выхода генератора 18, имеющие период ht . Фронт первого из этих импульсов, прошедший через элемент

И 12, после появления разрешения на ее втором входе, опрокидывает триггер

21, размыкая ключ 2 и отключая разряжающий ток.. Таким образом устройство работает так, что интервал 33-35 формируется из целого числа элементарных интервалов gt (см.график 27 фиг.2). Соответственно изменение напряжения на выходе интегратора 9 в интервале

33-35 определяется выражением

УЗ =U — — -Ц а — >(3)

at, и ье и«

ЭЭэ5 к Я .С о

6 5

Изменения напряжения на выходе интегратора в интервалах, когда ключ 2 разомкнут, определяются выражением

100 к (7) и в интервале 56-55 будет действовать

При переходе напряжения на выходе интегратора 9 через нуль в момент 55

1352646 с выхода компаратора 11 на элемент

И 14 поступает сигнал, изменяющий ее состояние, вследствие чего ключ 3

1 размыкается.

Изменение напряжения на выходе интегратора 9 в интервале 56-55 равно: (8)

56,SS

R С

Полное изменение напряжения на выходе интегратора 9 за весь промежуток 34-35 равно нулю, поэтому суммируя (4), (5), (6) и (8) получим:

Into п53, se

-Uo

КФС

B ЪВЬ

g .В

В.,С

25,Ц " "Лййй. ь R5C . (9 ) Иэ последнего выражения, учитывая. (2) и (7), получим 30 н

Ок5 Яо -"- = )п2„...„+0,01 пь.,аозт о где N — число элементарных интервао

JI0B времени, входящих B HH 35 тервал интегрирования П„

0-21. н

Числа 7 и „и и,, on1Tl «t ределяют соответственно старшие и младшие разряды полученного результата измерения. Для получения выходного

К кода в виде десятичного числа а 10 при равенстве или кратности номинального значения U„ V., необходимо 45 выбирать Ы и U в виде чисел р ак к10

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 33...56 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

Й ъ по i ьг.опt:a

= U .— "--— - - + U — — - — + 455 к В C к

Ь Ь

Ц ю

7 hto Iles -2 2т-4 Ä bto п2е-13

ысg 6С

<о 20 ьго IIto П < О -П U о в

R C Ь- В..С 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 бперационных 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 я

Аналого-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 кото135?646

40 ФЮ 5Ó ХР ЯФ 5Р

yy — — P 1 1 1 1 Я «1

Ф б фиу2

Составитель А. Титов

Техред, Л.Сердюкова . Корректор В.Гирняк

Редактор М. Товтин

Заказ 5576/56 Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 рого соединен с первым входом перво- . г о го 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 шийся 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- 15 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, выход пятого элемента И соединен с вторым входом второго триггера, выход которого объединен с управляющим входом первого ключа и первым входом второго элемента И, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа и вторым входом первого элемента И, управляющий вход третьего ключа соединен с вторым выходом первого триггера, вход третьего ключа соединен с выходом источника опорного напряжения, причем первый вход первого триггера объединен с входом третьего счетчика импульсов и соединен с выходом второго счетчика-импульсов, второй вход первого триггера соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго 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.