АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1971 года по МПК G06J3/00 H03M1/00 

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 Один из этих импульсов действует в течение части TI, а второй - в течение части TZ образцового интервала времени Т, так что Ti+T2 T. Информацию о величине преобразуемого напряжения несет относительная разность указанных временных интервалов

Ti-T2.

Недостатками известного устройства являются зависимость крутизны преобразования от стабильности суммирующих сопротивлений интегратора, нелинейность функции преобразования, обусловленная конечной величиной коэффициента усиления применяемого операционного интегрируюпдего 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 / С-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.

/-3 и емкостиv, 5 двух идентичных интегрирующих С-цепей, усилитель постоянного тока 6, выполненный по схеме МДМ (модулятор-усилитель-демодулятор), дифференциальный усилитель постоянного тока 7 (УПТ), два блока сравнения 5 и Я переключающий триггер 10, электронный переключатель 11, источник образцового напряжения 12, ключи 13 и 14, генератор образцовой частоты 15, фор1мирователь измерительного интервала (делитель частоты) 16, 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 на пряжения 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 13-22).

Предположим, что к данному моменту времени емкости 4 и 5 интегрирующих цепей заряжены до величины входного напряжения (для этого параметры схемы подобраны таким образом, что входное сопротивление усилителя (сопротивлений 1 н 2 интегрирующих цепей) и что напряжение усилителя достигло одного из опорных уровней, например Uon,- В результате срабатывания блок сравнения 9 с помощью триггера 10, коммутируемого по логическим входам, и переключателя 11 подключает на вход интегрирующей цепи образцовое напряжение -i-L/o ,(СЭД- 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 отнощению к величине UQ, определяется выражением:

(t/.-),

y-i

где - величина суммирующего сопротивления 3;

C - величина интегрирующей емкости 4 (рассматривается случай преобразования положительного входного напряжения Ux).

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

функция преобразования устройства имеет вид:

7-1-Г; ,и

TI + TIUa

При Ux 0 интервалы Ti и Та равны (см. фиг. 2). Идентичность интегрирующих цепей приводит к тому, что изменение напряжения на выходе УПТ обусловлено лищь пилообразной составляющей на емкости «рабочей интегрирующей цепи. Изменение же самого преобразуемого напряжения Ux приводит к одинаковым изменениям напряжения непосредственно на входах УПТ и не вызывает

каких-либо изменений его выходного напряжения.

Для случая отрицательной полярности напряжения Ux, справедливо соотношение

.

TI + ТзUt

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 лищь стабильностью образцового напряжения UQ.

Устройство обеспечивает высокое входное сопротивление, равное

+

В данном случае при прочих равных услоВИЯХ следует ожидать часгичной компенсации погрещности от нелинейности, свойственной всем преобразователям с использованием аналогового интегрирования. Для устранения погрещности 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 Ti+Ta открывает ключ 13 на время TI. При этом на ключ 14 поступают пачки импульсов с генератора образцовой частоты 15. По команде с

тельного интервала 16 открывает ключ на 14 на время Тк, 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

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

18- в состояние, соответствуюпдее индикации знака «- и отсчета в обратном коде. Если , то это состояние остается неизменным и по окончании образцового интервала Т„. Если , счетчик 20 переполняется два раза, и выходной импульс триггера 19 переключает триггер знака в состояние, соответствующее индикации знака «-f- 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

I. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий интегрирующую / С-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 повыщения точности при существенном снижении требований к стабильности параметров схемы, он содержит

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

2.Устройство но и. I, отличающееся тем, что, с целью компенсации погрещности от дрейфа

нуля дифференциального усилителя постоянного тока преобразователя, оно содержит усилитель постоянного тока по схеме МДМ, входы которого подключены к выходам интегрирующих RC-цепей, а выход - к одному из входов второго каскада дифференциального усилителя постоянного тока.

3.Устройство по п. I, Отличающееся тем, что, с целью автоматической индикации полярности при преобразовании знакопеременного напряжения, оно содержит дополнительный триггер, триггер знака и схему инверсии индикации, причем вход триггера знака через дополнительный триггер подключен к выходу

счетчика, а выход триггера знака соединен с управляющим входом схемы инверсии индикации, включенной меладу кодовыми выходами счетчика и входами схемы цифровой индикации.

иг. 2