SU752795A1 - Аналого-цифровой преобразователь интегрирующего типа - Google Patents

Description

t

Изобретение относитс  к цифровой измерительной технике, в частности, к аналого-цифровым преобразовател м и к цифровЕлм вольтметрам интегрирующего типа с промежуточным преобразованием во временной интервал.

Известен аналого-цифровой преоб-. разователь (АЦП) интегрирующего типа с промежуточным преобразованием во временной интервал, содержащий интегратор, собранный на операционном усилителе с конденсатором в обратной св зи и имеющем на входе подсоединенные через резистор ключи дл  коммутации преобразуемого и образцового напр жений, а на выходе - компаратор, выход которого подключен ко входу блока управлени , выходы последнего соединены с управл ющими входами ключей и с отчетным устройством 1.

Недостатком данного аналого-цифЕювого преобразовател   вл етс  сравнительно низка  разрешающа  способность .

Известен также аналого-цифровой преобразователь интегрирующего типа, содержащий входной усилитель, интегратор , выполненный на операционном усилителе с конденсатором в цепи отрицательной обратной св зи и резистором на входе, источника .алонных напр жений, выходы которых через ключи псрк.лючены ко входу интегратора , компаратор, выход которого подключен к блоку управлени , а вход - к выходу интегратора, генератор им пульсов счетчик, логические элементы и отсчетное устройство 2.

Недостатком этого устройства  вл етс  сложность, обусловленна  наличием в его составе прецизионных аналоговых узлов, необходимых дл 

15 достижени  высокой разрешающей спо .собности и точности.

Цель изобретени  - расширение ,. разрешающей способности преобразовател .

Цель достигаетс  тем, что в аналого-цифровой преобразователь интегрирующего типа, содержащий интег-. ратор, выполненный на операщионном усилителе с конденсатором в цепи отрицательной обратной св зи и резистором , первым выводом ттодсоединенным ко опеЕ йЦИОНного усилител , а вторым - к выходам первого , второго и третьего ключей

30 коммутации преобразуемого и образ- цовых напр жений, выход интегратора через компаратор подключен ко входу блока управлени , первый второй и третий выходы которого соедийены с управл ющими входами соответствующих ключей, а-четвертый выход ,- с отчетным устройством, дополнительно введены пороговое устройство управлени  ключами, четвертый и п тый ключи, конденсатор, одна .обкладка которого подключена ко входу операционного усилител , друга  обкладка через четвертый ключ - к выходу интегратора, а через п тый ключ - к общей шине, управл ющие входы четвертого и п того ключей соединены, соответственно , с пр мым и инверсным выходами порогового устройства управлени , ключами, первый и второй входы которого соединены с выходом интегратора и с п тым выходом блока управлени , соответственно.

На чертехсе представлена блок-схема преобразовател .

Преобразователь содержит, выполненный на операционном усилителе 1 с конденсатором 2 в отрицательной - обратной св зи и резистором 3 на входе, интегратор 4, вход которого подключен к трем ключам 5, б и 7 ком . мутации преобразуемого и образцовых напр жений, а выход через компаратор -8 - ко входу блока 9 управлени  соединенного с управл ющими входами ключей 5, 6 и 7 и с отсчетным устройством . 10, а также второй конденсатор 11, одним выводом подключенны ко входу операционного .усилител  1, вторым выводом через четвертый ключ

12- к выходу интегратора 4, а через п тый ключ 13 - к общей шине, управл ющие входы четвертого 12 и п того

13ключей соединены, соответственно с и инверсным выходами порогвого устройства 14 управлени  ключами .

Преобразователь работает следующим образом.

По сигналу блока 9 управлени  замыкаетс  ключ 7 и на вход интегратора 4 подаетс  преобразуемое напр женйё Ux. в течение калиброванного интервала времени, отсчитываемого отсчетным устройством 10, В течение этого- интервала времени пороговое устройство 14 управлени  ключами удер сиваетс  во включенном состо нии (Сигналом блока 9 управлени  независимо от значени  напр жени  на выходе интегратора 4, При этом четвертый ключ 12 замкну т, а п тый клю 13 разомкнут и конденсатор 11 подклчен параллельно интегрирующему конденсатору 2. Электрический зар д, пропорциональный преобразуемому напр жению Uy , накапливаетс  на обоих конденсаторах 2 и 11, распредел  сь между ними пропорционально их

емкост м. По окончании периода интегрировани  преобразуемого напр - . жени Ьх блэк 9 управлени  размыкает ключ 7 и замыкает ключ б или 5 в зависимости от пол рности Уд гто- . дава  на интегратор 4 Образцовое,, напр жение противоположной пол рности . Одновременно отсчетное устройство 10 начинает отсчет результата преобразовани , В начале периода разр да интегратора 4. снимаетс  сигнал блока 9 управлени  со входа порогового устройства 14 управлени  ключами, удерживавший его во включенном состо нии. Если значение накопленного на интеграторе 4 в первом периоде напр жени  превышает порог выключени  порогового устройства 14 управлени  ключами, то оно продолжает удерживатьс  во включенном состо нии и положение четвертого и п того ключей 12 и 13 нё ме .н етс  до тех пор, пока напр жение на интеграторе 4 не снижаетс  (по модулю) до порога выключени . После этого пороговое устройство 14 управлени  ключами размыкает четвертый ключ 12 и замыкает п тый ключ 1 подключа  конденсатор 11 к общей шине. Электрический зар д, оставшийс ., к этому моменту на кондесато.ре 11, перетекает на конденсатор 2, увеличива  напр жение на выходе интегратора 4, При этом разр д интегратора 4 образцовым напр жением не прекращаетс ., и напр жение на интеграторе 4 снова уменьшаетс , причем с большей скоростью, чем прежде , так как емкость конденсатора 2 меньше, чем суммарна  емкость конденсаторов 2 и 11, а ток разр да

Hg E/R-const

где R - сопротивление резистора 3, Когда напр жение на интеграторе 4 уменьшаетс  до исходного (нулевого ) состо ни , срабатыв.ает компаратор 8, сигнал которого поступает на блок 9 управлени , который, в свою очередь, останавливает отсчетное устройство 10, фиксиру  результат преобразовани .

Если к концу первого периода ин«тегрировани  преобразуемого напр жени  U значение напр жени  на интеграторе 4 не превышает порога выключ .ени  порогового устройства 14 управлени  ключами, то переключение конденсатора 11 к общей шине происходит сразу после окончани  этого периода, т.е, после сн ти  управл ющего сигнала блока 9 .управлени  со входа порогового., устройства 14 уп равлени  ключами, удерживавшего его во включенном состо нии.

Дл  увеличени  разрешающей способности преобразовател  в п раз емкость койденсатора 11 должна быть примерно в п раз больше емкости конденсатора 2, При этом максимальное

значение электрического зар да накапливаемого в первом периоде при интегрировании иX , увеличиваетс  в п раз без увеличени  максимального значени  на интеграторе 4. Дл  сохранени  прежних требований к разрешающей способности компаратора 8 по напр жению необходимо, чтобы скорость уменьшени  напр жени  на интеграторе 4 в процессе его разр да к моменту срабатывани  компаратора 8 была не ниже, чем у известного преобразовател , имеющего только конденсатор 2. Это достигаетс  тем, что к моменту срабатывани  компаратора 8 конденсатор 11 должен быть практический полностью разр жен до исходного состо ни  и в работе интегратора 4 участвует только конденсатор 2. Этим требованием определ етс  нижн   граница (по модулю) порога выключени  порогового устройства 14 управлени  ключами.Верхн   граница порога выключени  определ етс  из того услови , что после переключени  конденсатора 11 к общей шине возросшее напр жение на выходе интегратора 4 не должно выйти из пределов рабочей зоны операционного усилител  1 интегратора 4, т.е. опэрационный усилитель 1 не должен, уйти в насыщение..

Таким образом, поставленна  цель достигаетс  путем ввелеки  в состав преобразовател  дополнительных элементов , обеспечивающих временное увеличение емкости интегратора 4 без изменени  значени  зар да, соответствующего единице счета, а также без изменени  максимального значени.  напр жени , накапливаемого на интеграторе 4, и разрешающей способности компаратора 8 по напр жению. К моменту срабатывани  компаратора 8 емкость интегратора 4 снова уменьаетс , так как дополнительный коненсатор 11 отключаетс .

Возможен второй вариант работы преобразовател , при котором в первом периоде при интегрировании нецзвестного напр жени и ; с блока 9 управлени  на пороговое устройство 14 управлени  ключами не подаетс  сигнал включени . Поэтому в начале этого периода пороговое устройство 14 управлени  ключами выключено, четвертый ключ 12 разомкнут, а п тый ключ 13 замкнут и конденсатор 11 подключен к общей шине. По мере интегрировани , когда напр жение, на интеграторе 4 достигает порога включени  порогового устройства 14 управени  ключами, это устройство, представл ющее собой, например , триггер митта, подключает конденсатор 11 к ыходу интегратора 4, зар д, накопленный на конденсаторе 2, перераспределитс  между конденсаторами 11 и 2 пропорционально их емкост м, напр жение на выходе интегратора 4 уменьшаетс  (по модулю) и интегратор 4 5 может принимать дополнительный зар д. При работе по второму варианту преобразование- напр жений, близких к нулю, /троисходит без включени  порогового устройства 14 управлени  ключами и Q без подключени  конденсатора 11 к интегратору 4. Период.разр да интегратора 4 образцовым сигналом протекает так же, как в первом варианте. Верхн   граница порога включени  порогового устройства 14 управлени  ключами не должна превышать границу рабочей зоны операционного усилител  1 интегратора 4.

20

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Аналого-цифровой преобразователь интегрирующего типа, содержащий интегратор , .выполненный на операционном усилителе с конденсатором в цепи отрицательной обратной св зи и резистором, первым выводом подсоединенным ко входу операционного усилител , а вторым - к выходам первого , второго и третьего ключей коммутации преобразуемого и образцовых напр жений, выход интегратора через компаратор подключен ко входу блока управлени , первый, второй

   и третий выходы которого соединены с управл ющими входами соответствующих ключей, а четвертый выход.- с отсчетным устройством, о т л и ч аю щ и и с   тем, что, с целью рас .ширени  разрешающей способности

   преобразовател , в него дополнительно введены пороговое устройство управлени  ключами, четвертый и п тый , конденсатор, одна обкладка которого подключена ко входу операционного усилител , друга  обкладка через четвертый ключ - к выходу интегратора, а через п тый ключ - к общей шине, управл ющие входы четвертого и п того ключей соединены, соответственно, с пр мым и инверсным выходами порогового устройства управлени  ключами, первый и второй. входы которого соединены с выходом интегратора и с п тым выходом бло-,.

   ка управлени , соответственно.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1,Патент Великобритании

   60

   1390665, кл. G 04 Н; 1971.

   2,Патент ФРГ 1962333, ;кл. Н 03 К 13/00, 1976 (прототип).