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

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования в цифровой код и ин- дикации в цифровой форме или ввода в вычислительную машину напряжения постоянного тока низкого уровня.

На фиг. 1 представлена структурная схема аналого-цифрового преобра- зователя; на фиг. 2 - графики сигналов на основных блокахj на фиг. 3 - схема выполнения источника образцового напряжения; на фиг. 4 - схема формирователя временных интервалов.

Аналого-цифровой преобразователь содержит ключи 1 и 2, подключенные к входу усилителя 3, выход которого подключен к токоограничиванщему элементу, выполненному на резисторе 4, интегратор 5 на операционном усилителе и накопительном элементе, выполненном на конденсаторе 6, к входу которого подключены ключи 7 и 8, а к выходу - компаратор 9, и сточник 10 образцового напряжения с токоограничи- вающим элементом, выполненным на резисторе 11, цепь коррекции дрейфа нуля, состоящая из накопительного элемента, вьтО;Пненного на конденсаторе 12, и ключа 13, а также генератор 14 тактовых импульсов, формирователь 15 импульсов, элемент И 16, счетчик 17. Управление работой аналого-цифрового преобразователя осуществляется формирователем 18 временных интервалов, инвертором 19 и элементом 1ШИ 20.

Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 1 закры ja остальные ключи - 2,7,8,13 открыты 3а счет действия источника 10 образцового напряжения и резисторов 4 и 1 1на входе операционного усилителя 5 Образуется отрицательное смещение, (которое благодаря действию обратной Связи через ключ 13 запоминается на конденсаторе 12.

С приходом импульса запуска форми |рователь временных интервалов произ рводит сброс счетчика 17 и изменяет Состояние своих выходов на противоположное (фиг.2). При этом ключ 1 от- Крьшается, а ключи и 13 закрыва- IOTCH. Преобразуемое напряжение, уси- (leHHoe усилителем 3, поступает через (резистор 4 и ключ 7 на вход инвертора, изменяя его выходное напряжение (фиг.2). Скорость изменения на

5

0 5 о

Q

5

5

0

пряжения на выходе усилителя 5 зависит от значения и полярности преобразуемого напряжения. Отрицательное смещение на входе усилителя 5 должно выбираться более отрицательйым, чем максимальное усиленное усилителем 3 отрицательное преобразуемое напряжение i В этом случае при преобразовании максимального отрицательного напряжения скорость изменения напряжения на выходе интегратора минимальная, а при преобразовании максимального положительного напряжения максимальная. Нулевому преобразуемому напряжению соответствует скорость изменения выходного напряжения, строго определяемая выходным напряжением ИОН и соотношением резисторов 4 и 11. Длительность первого такта (выбирается из соображений обеспечения максимального подавления помех) определяется длительностью импульса на выходе формирователя 18. После окончания первого такта ключи 1 и.7 закрываются, а ключи 2 и 8 открьшаются. Кпшч 13 остается закрытым. При этом на вход усилителя 5 интегратора через .резистор 11 поступает отрицательное (относительно напряжения смещения на конденсаторе 12) напряжение источника 10 образцового напряжения. Напряжение изменения напряжения на выходе усилителя 5 изменяется на обратное, причем скорость изменения напряжения остается постоянной и определяется, кроме значения напряжения источника 10, соотношением резисторов 4 и 11 и значением сопротивления резистора 11, После достижения выходным напряжением усилителя 5 исходного уровня срабатывает компаратор 9, и второй такт заканчивается. По сигналу компаратора 9 формирователь 18 временных интервалов изменяет состояние и, тем самым, переводит схему в исходное состояние - ключ 1 закрыт, остальные открыты, на конденсаторе 12 запоминается напряжение смеще ния.

Формирование отсчета в счетчике 17 происходит следукицим образом.

Нулевому преобразуемому напряжению на входе соответствует строго заданная напряжением смещения скорость изменения напряжения на выходе. инте1 ратора как в первом, так и во втором такте, т.е. момент срабатывания компаратора 9 в этом случае

314

заранее -известен. Именно в этот момент и изменяется на противоположное состояние формирователя 18 временных интервалов. Формирователь 15 импульсов реализует по отношению к импульсам генератора 14 тактовых импульсов функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, т.е. пропускает эти, и тульсы, если на выходе компаратора 9 и выходе формирователя 18 сигналы не совпадают (фиг.2). При отрицательном преобразующем напряжении компаратор 9 срабатывает раньше изменения состояния выхода формирователя 18. При уменьшении значения отрицательного преобразуемого напряжения сра- батьшания компаратора 9 приближается к моменту изменения состояния выхода формирователя 18, что вызывает уменьшение количества импульсов, поступивших на счетчик 17. При равенстве пре- образуемого напряжения нулю моменты срабатывания совпадают, и на счетчик импульсы не поступают. При преобразовании положительного напряжения момент срабатывания компаратора 9 запаздывает по отношению к моменту изменения состояния выхода формирователя 18, что вызывает заполнение счетчика 17 соответствующим количеством импульсов.

Анализируя последовательность ера- батьшания компаратора и выхода формирователя 18, можно определить полярность преобразуемого напряжения.

Коррекция дрейфа напряжения смещения на входе усилителя 3 (а одновременно и усилителя интегратвров 5 и компаратора 9) осуществляется за счет запоминания состояния схемы в исходном состоянии и подключения источника 10 одним полюсом к выходу усилителя 3. При реализации аналого- цифрового преобразователя может возникнуть трудность в построении источника 10 образцового напряжения, так как его питание должно быть гальванически изолировано от остальной части схемы. Однако возможно его питание и от источников питания усилителей 3 и 5 путем выполнения его в виде стабилитрона, ток по которому задается двумя согласно включенными источниками тока (фиг.З). Источники тока могут быть параметрическими, выполненными на полевых или биполярных транзисторах.

1974

Фор

мула изобретения

0

5

5

0

5

0

5

0

5

1. Аналого-цифровой преобразова-- тель, содержшдий входной усилитель, интегратор, вьшолненный на операционном усилителе и накопительном зле- менте в цепи отрицательной обратной связи, компаратор, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с первым входом .формирователя временных интервалов и информационным входом первого ключа, выход ко- торого подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя и первому выводу второго накопительного элемента, второй вывод которого сое- динен с общей шиной, а управляющий вход первого ключа подключен к пер- . вому выходу формирователя временных интервалов, второй выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, третий выход - с входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, вто- рой вход объединен с вторым входом формирователя временных интервалов и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, первый вход формирователя импульсов соединен с выходом компаратора, второй вход - с четвертым выходом формирователя временных интервалов, третий ключ, ин- . формационный вход которого соединен с общей шиной, четвертый ключ, первый токоограничивающий элемент, источник опорного напряжения, от л и- ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения преобразователя, в него введены пятый ключ, второй токоограничивайщйй эле- мент,-первый инвертор и элемент ИЛИ., первый вход которого объединен с управляющим входом первого ключа, второй вход объ.единен с управл;}ющим входом второго ключа, информационный вход которого является входной шИной, выход объединен с выходом третьего ключа и подключен к входу 1зходного усилителя, выход которого соединен с первым выходом источника опорного напряжения и через последовательно соединенные первый токоограничивающий элемент и четвертый ключ - с ин- вертирунлдим входом операционного усилителя, который через последовательно соединенные пятый ключ и вто514

рой токоограничивающий элемент подключен к второму выходу источника опорного напряжения, управляющий вход четвертого ключа соединен с выходом элемента ИЛИ, управляющий вход пятого ключа объединен с управляющим входом третьего ключа и подключен к выходу первого инвертора, вход которого подключен к второму выходу формирователя временных интервалов,

2. Преобразователь по п. 1, о т- личашщийся тем, что формирователь временных интервалов выполнен на последовательно .соединенных делителе частоты, счетчике, постоянном запоминающем устройстве, а также триггере, дифференцирующей цепи, втором инверторе, выход которого является третьим выходом формирователя временных интервалов, а вход через дифференцирующую цепь соединен с первым выходом постоянного запоминающего устройства, который является вторым выходом формирователя, первым вькодом которого является второй выход посз оянного запоминающего устройства, третий выход которого является четвертым вькодом формирователя и соединен с информационным входом триггера, синхронизирующий вход ко46

торого является первым, а вход делителя частоты является вторым входами формирователя временных интервалов.

3,Преобразователь по п. 1, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что источник образцового напряжения выполнен на стабилитроне и двух стабилизатот pax тока, через которые катод и анод

стабилитрона подключены к шинам питания положительной и отрицательной полярности соответственно, катод стабилитрона является первым выходом источника, а анод - вторым выходом источника,

4.Преобразователь по п. 1, о т- я и ч. d ю щ и и с я тем, что формирователь импульсов выполнен на двух

инверторах и трёх элементах И-НЕ, выход первого из которых является выходом формирователя импульсов, первый и второй входы соединены соответственно с выходами второго и третьего злементов И-НЕ, первые входы которых через первый и второй инверторы подключены соответственно к первому и второму входам формирователя импульсов, вторые входы являются соответственно вторым и первым входами формирователя импульсов.

Упит

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и позволяет повысить точность преобр азования напряжения постоянного тока низкого уровня при одновременном упрощении схемы. Аналого- цифровой преобразователь содержит ключи, подключенные к входу усилителя, к выходу которого подключен резистор, интегратор на усилителе и конденсаторе, к входу которого „ подключены ключи, а к выходу - компаратор, источник образцового напряжения с резистором, цепь коррекции дрейфа нуля, состоящая -из конденсатора и ключа, а также генератор тактовых импульсов, вентиль к счетчик. Управление работой аналого-цифрового преобразователя осуществляется фор- ми рователем временных импульсов инвертором и элементом ИЖ. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. (& f КСК

KjM.it

Крезист.7

/«//я

Фи9,д

«