Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1987 года по МПК H03M1/60 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено для преобразования аналогового сигнала в код.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг, 1 изображена функциональная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 - функциональ- ная схема преобразователя напряжения в частоту; на фиг. 3 - функциональная схема вычитателя частот; на фиг. 4 - временные диаграммы работы вычитателя частот.

Преобразователь содержит резис- тивный датчик 1, стабилизатор 2 тока, усилительный элемент 3, выполненный на полевом транзисторе, источник 4 питания, стабилизатор 5 тока, операционный усилитель 6, источник 7 опорного напряжения, преобразователи 8 и 9 напряжения в частоту, источник 10 опорного напряжения и вычитатель 11 частот.

Преобразователь напряжения в частоту (фиг. 2) содержит накопительные элементы 12 и 13, выполненны на конденсаторах, токоограничивающие элементы 14 и 15, выполненные на резисторах , нелинейный элемент 16, выполненный на варикале, накопительные элементы 17 и 18, выполненные на конденсаторах, инерционный элемент 19, выполненный на катушке индуктивности, накопительный элемент 20, выполненный на конденсаторе, генератор 21 частоты и формирователь 22 импульсов.

Вычитатель частот (фиг. 3) содержит ключи 23 и 24, блок 25 реверсивных счетчиков импульсов, формирователь 26 командных импульсов, блок 27 триггеров и генератор 28 тактовых импульсов.

На временной диаграмме (фиг. 4) обозначены: Ujg - напряжение на ходе генератора 28; U, U, U напряжения на выходах формирователя 26 ..

Аналого-цифровое преобразование с коррекцией нелинейности резистив- НОго датчика 1 осуществляется следующим образом.

Запитывая две цепи резистивного датчика 1 равными стабилизированными токами J от стабилизаторов 2 и 5 тока, получают первое и второе на- .пряженИя и,

J()U.+3JR.

..Ил

3JR

(1)

где R - сопротивление датчика, которое может изменяться нелинейно, R - сопротивление каждого из

его выводов.

Разность при любых значениях R пропорциональна только сопротивлению датчика:

и,-и jR,;

О

(2)

Отсюда следует, что при осуществлении линейного Преобразования напряжения в частности U, К f ,

и К

f разность частот окажется

пропорциональной сопротивлению датчика и независящей от величины R:

f -f 1,

12. R

0

5

0

5

где К - коэффициент линейного преобразователя U/f.

Коррекция нелинейности датчика 1 осуществляется в аналоговом тракте путем использования при преобразовании напряжения в частоту вариакапа . 16 (фиг. 2), которьй включен в частотно задающую цепь генератора 21.

Поскольку величина R сопротивления проводов датчика является независимой переменной, возникает погрешт ность из-за смещения опорной точки на характеристике варикапа 16. При таком смещении, вызванном изменением величины R, будет неоднознач- ной нелинейная добавка, получаемая в частотном сигнале за счет нелинейности характеристики варикапа 16.

Для ее компенсации на полевом транзисторе 3 формируется напряжение и, из условия

и

On

U,,(+3JR const; (3)

где UQ - опорное напряжение на выходе источника 7.

При этом обратная связь, осуществляемая через операционный усилитель 6, стабилизирует напряжение на выходе стабилизатора 5 на уровне Uj,n , заданном источником 7.

Напряжение на первом выводе ре- зистивного датчика 7

Ue из+и,

Ua+COnSt,

g

Стабильное напряжение источника 4 распределяется на трех элементах цепи так, что образуется две стабильные составляющие:

UCM const -1, Uj+U, const 2;

где и

or

и.

и.

и

падение напряжения на стабилизаторе 5;

падения напряжения на проводах

падение напряжения на полевом транзисторе 3. Падение напряжения на проводах может изменяться независимо при подключении датчиков с разной длиной проводов и, следовательно, сопротивлением R проводов, однако сумма всегда неизменна. Этим обеспечивается соблюдение необходимого требования, чтобы U. зависело от сопротивления и не зависело от сопротивления проводов R.

Для воспроизведения различных видов нелинейных характеристик устройство настраивают определенным образом.

Для характеристик возрастающей и спадающей выпуклых книзу при положительной полярности управляющих напряжений варикап подключается в полярности, указанной на фиг. 2. Напряжение источника 10 U,g устанавливается меньщим наименьшего знач-ения управляющего напряжения Uunp во всем диапазоне его изменений, а частота настройки генератора 21 - боль- наибольшего значения сигнальной частоты f., во всем диапазоне

С W4ik.C

ее изменений. Для возрастающей и спадающей вогнутых книзу характеристик варикап подключается противоположной полярностью, и устанавливается

UUOHI . MOkC On

Подгонка требуемых численных значений частот на краях и в середине . интервалов изменений сопротивления Rft производится подбором значений катушки 12 конденсаторов 20, 17, 18 и величиной токов J стабилизаторов 2 и 5 и напряжений на выходах источников 7 и 10.

С выходов преобразователей 8 и 9 (фиг. 1) импульсы с частотами соответственно fc и fon поступают на входы вычитателя 11. Выходные импульfonщей

0

сы преобразователей 8 и 9 подаются на входы ключей 23 и 24. Генератор 28 синхронизирует работу формирователя 26, который при поступлении каждого импульса формирует серию из четырех последовательных импульсов, временная диаграмма которых приведена на фиг. 4. Первый импульс производит сброс блока 25 в нулевое состояние, второй импульс открывает ключ 24 на определенное время (выход б), в течение Которого ключ пропускает импульсы с частотой 5 на вычитающий вход счетчика, третий импульс по окончании второго (выход в) открывает на такое же время ключ 23 и пропускает импульсы с частотой fр на суммирующий вход блока 25. Поскольку серии импульсов подаются в блок 25 в течение одинаковых отрезков времени t , число N, записанное в блоке 25, будет пропорционально разности частот входных импульсов:

0

5

30

35

N /(f,-,„)/..

Следующий четвертый импульс (выход г) открывает для приема информации блок 27, и код числа N оказывается переписанным на выходе блока 27, где хранится до следующего цикла измерения.

Формула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразова- тель, содержащий измерительный блок, резистивный датчик, первый вывод которого соединен с выходом первого стабилизатора тока, усилительный элемент, выполненный на полевом тран- зисторе, исток которого соединен с вторым выводом резистивного датчика, затвор - с выходом операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены источник питания, пер

вый источник опорного напряжения, второй стабилизатор тока, а измерительный блок выполнен на двух преобразователях напряжения в частоту, втором источнике опорного напряжения, вычи- тателе частот, выходы которого являются выходными шинами, первый и второй вхоДы соединены с соответствующими выходами первого и второго пре

5

образователей напряжения в частоту, первые входы которых соединены соответственно с первым и третьим выводами резистивного датчика, вторые входы объединены и соединены с первым выводом второго источника опорного напряжения, второй выход которого является общей шиной, причем третий вывод резистивного датчика соединен с выходом второго стабилизатора тока и инверсным входом операционного усилителя, прямой вход которого соединен с первым выходом первого источника опорного напряжения, второй выход которого объединен с первым выходом источника питания, соединен, со стоком полевого транзистора и является общей шиной, второй выход источника питания соединен с входами первого и второго стабилизаторов тока.

2, Преобразователь по п, 1, отличающийся тем, что образователь напряжения в частоту выполнен на пяти накопительных элементах, выполненных на конденсаторах нелинейном элементе, выполненном на варикапе, двух токоограничивающих

рак, инерционном элементе, выполненном на катушке индуктивности, генераторе частоты, формирователе импуль- сов, выход которого является выходом преобразователя напряжения в частоту, а вход соединен с выходом генератора частоты, первый вход кото- р ого соединен с первыми выводами катушки индуктивности, первого и второго конденсаторов, второй вход - с вторыми выводами катушки индуктивнос

19 . 6

ти и первого конденсатора, первым выводом третьего конденсатора, второй вывод которого .соединен с первыми выводами первого резистора и варикапа, второй вывод которого соединен с вторым выводом второго конденсатора и первым выводом второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов соединены соответственно с первыми выводами четвертого и пятого конденсаторов и являются вторым и первым входами преобразователя напряжения в частоту, вторые выводы четвертого и пятого конденсаторов являются общей шиной,

3. Преобразователь по п. 1, . о т- личающийся тем, что вычи- татель частот выполнен на двух ключах, формирователе командных импульсов, блоке реверсивных счетчиков импульсов, блоке триггеров, генераторе тактовых импульсов, выход которого соединен с информационным входом формирователя командных импульсов, первый, второй, третий и четвертый управляющие выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго ключей, блока реверсивных счетчиков импульсов, блока триггеров, выходы которЫх являются выходами вычислителя частот, информационные входы соединены с соответствующими выходами блока реверсивных счетчиков импульсов, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго ключей, информационные входы которых являются соответственно первым и вторым входами вычитателя- частот.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено для преобразования аналогового сигнала в .код. Цель изобретения - повышение точности - достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий резис- тивный датчик 1, стабилизатор 2 тока, усилительный элемент 3, выполненный на полевом транзисторе, операционный усилитель 6, введены источник 4 питания, источники 7, 10 опорного напряжения, стабилизатор 5 тока, преобразователи 8, 9 напряжения в частоту, вычитатель 11 частот. 4 ил.. сл с: оо ел со

X

/5

-г15

Фиг.2

Фиг.

U

Редактор А,Лежнина

Составитель А.Титов Техред М.Ходанич

Заказ 5575/55

Тираж 900Подписное

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

Фиг.

Корректор Г.Решетник