АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1972 года по МПК H03M1/52 G04F10/04 G01R19/255 

Изобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники.

Известен аналого-цифровой преобразователь, принцип действия которого основан на промежуточном преобразовании напряжения в относительную величину временного интервала. Входное Преобразуемое напряжение через две идентичные интегрирующие С-цепи подается на входы дифференциального УПТ. На одну интегрирующую цепь подается образцовое напряжение, полярность которого изменяется всякий раз, когда выходное напряжение УПТ достигает одного из двух опорных уровней. При этОМ отношение разности формируемых интервалов, соответствующих включению Положительного и отрицательного образцового напряжения, к их сумме прямо пропорционально величине преобразуемого напряжения и не зависит от большинства параметров узлов и элементов схемы.

Быстродействие известного преобразователя, -например, при воздействии вида скачка входного напряжения характеризуется временем установления, равным tit.

В предлагаемом преобразователе это время сокращено до величины, меньшей -т.

Входное сопротивление известного преобразователя равно

+

где R. -суммирующее сопротивление интегрирующей цепи со стороны входного напряжения;

вх-входное сопротивление дифференциального УПТ (при этом j С В предлагаемом преобразователе величина входного сопротивления повышается в 2 раза. В известном преобразователе суммирующие сопротивления интегрирующей цепи со стороны входного напряжения и образцового напряжения оказывают взаимное шунтирующее действие на интегрирующую цепь, что приводит к увеличению погрешности нелинейности интегрирования.

В предлагаемом устройстве это взаимное шунтирующее действие исключено. Эти преимущества, достигнуты за счет того, что в предлолченном преобразователе один вход дифференциального УПТ соединен непосредственно с входным заж-имом преобразователя, а другой через резистор и конденсатор подключеп соответственно к общей шипе и через электранный переключатель к источнику образцового напряжения.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2-временная диаграмма 1работы устройства.

Преобразователь содержит сопротивление У и емкость 2 интегрирующей / С-|цепи, дифференциальный УПТ 3, блоки сравнения 4 и 5, триггер 6, источник образцового напряжения 7, электродный переключатель 8, усилитель МДМ 9, и цифровой измеритель временного интервала 10.

Рассмотрим работу преобразователя входного напряжения Ux в относительную величину временного интервала в стационарном режиме.

Предположим, что в да«ный момент времени t триггер 6 находится в состоянии, при котором электронным переключателем 8 на вход интегрирующей цепи подключено положительное образцовое напряжение + L/O. При этом емкость 2 заряжается, и напряжение на ней возрастает (участок Ti на фиг. 2). Как только разиость напряжений на емкости 2 и Ux, подаваемых .на входы дифференциального УПТ, достигнет величины /оп, равной приведенному ко входу УПТ опорному уровню

/оп. блока сравнения 4 ((/оп, , где К -

коэффициент усиления УПТ), последний срабатывает и ори помощи триггера 6 и переключателя 8 подклю-чает на выход интегрирующей цепи отрицательное образцовое напряжение - UQ.

В результате интегрирующая емкость 2 начинает разряжаться (участок TZ на фиг. 2). Если .параметры устройства подобраны так, что величины Uoa, опг существенно меньще Uo, скорость разряда емкости определяется соотнощением

Uo+if:,

ucp ,

где Ri и Cz - величины сопротивления / и емкости 2 интегрирующей цепи. (Рассматривается случай преобразования положительного входного напряжения Ux).

Как только разность напряжения на емкости 2 и входного напряжения U достигнет величины иоп,- срабатывает блок сравК

нения 5, и полярность образцового напряжения Uo снова изменяется на противоположную, емкость 2 начинает заряжаться со скоростью

, Uo-U ,

Действительно:

VT - й - х f -jj

М 1 --f 1 - t,

on 1

«iCj

Oni ОП2 .

и on , очевидно, равно

-p Up + Ux j- -// .

(2) (3) nn- 5 - r t a - -J on

cp

-p - on + L/o-U

p on- l

(4) (5)

2

f/o-ff/

TI-T, Up

TI + T,U,

Благодаря нечувствительности дифференциального УПТ к синфазной составляющей сигналой на его входах, изменение его выходного напряжения обусловлено лищь пилообразной составляющей из емкости 2. Постоянная же составляющая напряжения на емкости всегда

5 равна Us и, следовательно, изменение самого напряжения Ux не вызывает изменения выходного напряжения УПТ (за исключением моментов переходного режима, например, при резком скачке Ux со скоростью, превышающей

максимально возможную скорость изменения напряжения на емкости 2).

Для случая отрицательной полярности натфяжения Ux справедлпво соотнощение

Уа-г- . Ux

(6)

Uo

т, + т,

Устройство может быть применено для преобразования напряжения обеих полярностей с автоматическим указанием его знака.

Таким образом, при измерении относительт,-т, / T-j-ri

.- полученный отных величин

m.mlm|myV

J 1 + Ji fi + J 3 /

счет линейно связан с преобразуемым напряжением. При этом обеспечиваются высокая

5 точность преобразователя, обусловленная независимостью функции преобразования от больщинства параметров устройства (нестабильности элементов интегрирующей цепи, коэффициента усиления УПТ, опорных уровней

0 блоков сравнения), и свойство подавления периодических помех и т. д.

Входное сопротивление преобразователя равно входному сопротивлению дифференциального УПТ при отсутствии усилителя МДМ

5 9, например, при преобразовании сигналов большого уровня в случае преобразования сигналов малого уровня на практике обычно обеспечивается значительное превыщение входного сопротивления усилителя МДМ по

0 сравнению с дифференциальным УПТ).

военному номинальному зиачению 2С/жн преобразуемого напряжения. При этом худший с точки зрения быстродействия случай имеет место, когда на входе преобразователя Ux скачок изменяется от О до б/кн- Б первый момент на вход дифференциального усилителя несимметрично воз:действует напряжение t/jcH, что обусловливает включение на вход интегрирующей цепи напряжения Но с тем же знаком («а временной диаграмме слева). Интегрирующая емкость начинает заряжаться со скоростью, определяемой перепадом напряжения, равным f/o. При указанном выше соотношении {/о и Ux установившееся состояние, (соответствующее равенству .напряжения на

емкости i/c , когда оно входит оз зону

и

оп

f/x-±

, достигается за время, несколько

меньще - .

В случае меньших перепадов входного напряжения установиВН1ееся состояние достигается быстрее.

При автоматической выборке дрейфа нуля (для этого служит усилитель МДМ 9} механизм действия устройства остается прежним. Уход нуля дифференциального УПТ Еюизбежно приводит .к изменению постоянной составляющей на емкости 2 по от1ношен11ю к величине Ux (при отсутствии дрейфа они равны) на величину, равную напряжению дрейфа, приведенному ко входу, поскольку из-за регулирующих свойств преобразователя выходное напряжение УПТ всегда находится в пределах участка его динамического диапазона от оп1 до Uoa,}- Это используется для осуществления процесса автоматической выборки дрейфа.

Напряжения Ux и U поочередно с помощью модулятора (на полевых транзисторах) подается на .вход усилителя переменного тока с iBbicoKHM входным сопротивлением. При наличии дрейфа () переменная соста-вляющая, амплитуда которой равна разности , усиливается, выпрямляется фазоч твствительным каскадом, фильтруется с целью подавления паразитных продуктов преобразования и с необходимой полярностью подается

на вход второго каскада дифференциального УПТ.

Предмет изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий интегрирующую ; С-цепь, дифференциальный усилитель постоянного тока, подключеппый через две схемы сравнения и триггер к цифровому измерителю временного интервала, источник образцового напряжения, Переключатель, усилитель постоянного тока, отличаю1цийся тем, что, о целью повышения быстродействия, том-ности и входного сопротивления при упрощении схемы, один вход

дифференциального усилителя постоянного тока соединен непосредственно с входным зажимом преобразователя и со входом усилителя постоянного тока, а другой через .конденсатор и резистор подключен соответственно к общей шине и через электронный переключатель к источнику образцового напряжения.

7 TV /Тч-7 f

Ff

i/,

2

f |T2

Фиг.2