Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H03M1/52 

(ii

11

Изобретение, относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электроизмерительных приборах и приборах для научных исслдований,

Целью изобретения является уменьшение погрешности преобразования.

На фиг,1 приведена принцпиальная электрическая схема интегрирующего А1Щ на .фиг.2 - пример выполнения устройства управления.

А1Щ содержит интегратор, выполнен ньм на первом операционном усилителе (ОУ) 1, конденсаторе 2 и резисторе 3 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.

АЦП работает следующим образом.

В начальный момент времени конденсатор 2 разряжен (Ug 0). Б первом такте интегрирования замыкаются ключи из блоков 8 и 9, соединенные с резистором 5. При этом ток от источ- ника напряжения Ug через входной зажим, резистор 5, ключ и резистор поступает на вход ОУ 1. Конденсатор |2 заряжается, интегрируя поступающий

ток In. Через ключ из блока 9, соединенный с резистором 5, напряжение с правого (по схеме) вывода резистора 5 поступает на инвертирующий вход ОУ 10. Так 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 равным нулю за время Т„ - интегрирования входного напряжения U g. 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 1 , где R - сопротивление резистора 5, независимо от сопротивления г,, замкнутого ключа из блока В и сопротивления резистора 3, конденсатор 2 заряжается линейно. Так как напряжение на правом выводе резистора 5 поддерживается равным нулю, то протекающий ток заряда создает на замкнутом ключе блока 8 и резисторе 3 падение напряжения такое, что полярность напряжения на входе ОУ 1 оказывается противоположной полярности и

ВХ

а его величина определяется

по формуле

г

- б

R

где г

- сопротивление замкнутого

f ключа,

R - сопротивление резистора 3.

Линейный заряд конденсатора 2 начинается -от напряжения Ug относительно общей точки. Б 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

i-« t

1

где t - с время от начала заряда, емкость конденсатора 2. В конце первого такта интегрирования длительностью Т конденсатор 2 оказывается заряженным до напряжения

и,

IbXrp

- ---1

UBX т С7 R,c,

0

5

0

По окончании первого такта интегрирования ключи блоков В 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 В 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 8 и резистор 3 на вход ОУ 1 поступает ток, направление которого противоположно направлению тока в первом такте интегрирования. Величина этого тока равна

patip

EOI --- или

1

I

ра ip

Eol R

7

где R/j - сопротивление резистора 6, Rj - сопротивление резистора 7.

При этом напряжение на инвертирующем и неинвертирующем входах ОУ 1 равно

-Е

0

R4 R-,

или Е;, -Eo,

Хотя напряжение на входах ОУ 1 в момент переключения ключей изменяется с и р на Е или , напряжение заряда конденсатора 2 U с, не меняется. Так как направление тока на входе ОУ 1 изменилось на противоположное, начинается линейный разряд конденсатора 2 до нуля. Время разряда определяется вьфажением:

Т/ с х с ,

Р хэр

т.е.

т

X

RI

1

ИЛИ т

T,.Up

R:

,R, Таким образом, время разряда конденсатора 2 пропорционально входному напряжению, т.е. осуществляется преобразование входного напряжения в интервал времени.

Дпя завершения процесса преобразования компаратор 4 в момент равенства нулю напряжения на конденсаторе 2 должен изменить состояние подавая на устройство управления 11 сигнал об окончании второго такта интегрирования (момент времени Ту), Для этого один из входов компаратора 4 соединен с выходом ОУ 1. Если второй вход компаратора 4 будет при этом подключен, например, к нулевой точке, то компаратор 4 изменит состояние не в момент времени, когда напряжение на конденсаторе 2 равно нулю, а в момент времени, когда сумма - напряжение на конденсаторе

и Е Q, или Е

01

равна нулю. Нельзя

также подключить второй вход компаратора к точке с напряжением, равным EQ, или Ед, так как полярность этих напряжений зависит от полярности входного напряжения, а величина - от напряжения Е, , Е j и сопротивления резисторов 6 и 7. Таким образом, второй вход компаратора должен быть соединен с неинвертирующим входом ОУ 1 или, с выходом ОУ 10. Так как напряжение между входами операционного усилителя (без учета напряжения смещения) равно нулю, такое соединение эквивалентно подключению входов компаратора 4 параллельно конденсатору 2, что и требуется.

Напряжение на выходе компаратора 4 определяется выражением

и

ьих- (UB - Ugx,

Ж + и

ex.

где Up - напряжение на неинвертирующем входе компаратора} и Bj - напряжение на инвертирующем входе компаратора.

20

25

30

35

15 К --т

R5 R6

Р5 - сопротивление резистора 13 i Р6 - сопротивление резистора 12.

Выкодное напряжение компаратора складывается из двух составляющих - напряжения, вызванного напр51жением на конденсаторе 2, и напряжения противоположной полярности, вызванного входным синфазным сигналом.

При и с, О напряжения на входах компаратора 4 равны (Е, или Ед). следовательно, такое же напряжение и на выходе компаратора, т.е. коэффициент передачи компаратора по синфазному сигналу равен единице. Выбирая Ед, , Е О равным напряжению сраба- тьшания логических элементов устройства 11, устраняем дополнитель- ную погрешность, вызванную инерционностью компаратора 4. Требуемая величина напряжений Е

01

Е д может

быть подобрана изменением сопротивления резистора.

40 Формула изобретения

1. Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий интегратор, выполненный на конденсаторе,

45 первом резисторе и первом операционном усилителе, выход которого через . конденсатор соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и первым выводом первого резистоgg pa, второй вывод которого соединен с выходами трех ключей, компаратор, выход которого подключен к входу устройства управления, первый, второй и третий выходы которого соединены с

gg управляющими входами первого, второго и третьего ключей соответственно, а группа выходов является выходной шиной, резисторы с второго по пятый, входную и две опорные шины, о т л и

чающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования, в него введены шестой резистор, три дополнительных ключа и второй операционный усилитель, инвертирующи вход которого через соответствующие первый, второй и третий дополнительные ключи подключены к информационны входам первого, второго и третьего ключей и первым вьгаодам второго, третьего и четвертого резисторов, : вторые выводы которых яв.Т1Яются соответственно входной и первой и второй опорными шинами, неинвертирую- щий 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 пер вого операционного усилителя, а выход через шестой резистор соединен с инвертирующим входом компаратора, уп- равляющие входы дополнительных ключей объединены с управляющими входами первого, второго и третьего ключей соответственно.

2. Преобразователь по п,1, отличающийся тем, что устройство 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 входо сброса второго счетчика, входом ус

тановки 1 первого триггера, первым

5

5

0

0

5

0

входом первого формирователя импульсов и подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого непосредственно, а второй - через элемент задержки соединен с выходом второго триггера, объединен с первым входом второго элемента И и является первым выходом блока, второй вход второго элемента И объединен с первым в хо- дом третьего элемента И и подключен к первому выходу генератора импульсов, второй выход которого соединен с входом установки 1 второго триггера и входом сброса третьего триггера, выход которого является щиной полярности к первому входу четвертого элемента И непосредственно и к первому входу пятого элемента И через инвертор, вторые входы третьего, четвертого и пятого элементов И объединены и подключены к выходу первого триггера, выход третьего элемента И соединен со счетным входом первого.счетчика, а выходы четвертого и пятого элементов И являются соответственно вторым и третьим выходами блока, выход переполнения второго счетчика соединен с входом сброса второго триггера, вход установки 1 третьего триггера подключен к выходу первого формирователя импульсов, второй вход которого объединен с входом второго формирователя импульсов и является входом блока, а выход второго формирователя импульсов соединен с входом сброса первого триггера, выход второго элемента Иподключен к счетному входу второго счетчика.

iiuftpoSou над фие.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электроизмерительньк приборах и приборах для научных исследований. Целью изобретения является уменьшение погрешности преобразования. Отличие преобразователя состоит в том, что он дополнительно содержит входные резисторы, так что число входных резисторов равно числу входных зажимов. операционный усилитель (ОУ), добавочные ключи и три резистора, причем каждый входной резистор соединен одним выводом 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 каждого добавочного ключа соединен с управляющим входом соответствующего входного ключа. Сигнальные выходы добавочных ключей соединены с инвертирующим входом добавочного ОУ, выход которого связан с неинвертирующим входом ОУ и через первый резистор с инвертирую-, щим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом ОУ. Инвертирующий вход ОУ соединен с сигнальными выходами входных ключей . 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.ф-лы, 2 ил. (/; с

Гонт f

,3апусн

Л.

13

IS

21

J6

г

/тЬм

ffsuf pMOcm