А нализ структуры и принцип работы ацп

Следующим типом интегрирующего АЦП с частотно-импульсным преобразованием, принцип работы которого основан на предварительном преобразовании входного напряжения в пропорциональную ему частоту следования импульсов, которая затем измеряется за фиксированный интервал времени (рис. 15). Подсчитанное количество импульсов является цифровым эквивалентом входного напряжения (рис. 16).

Основным звеном в этой схеме является частотно – импульсный преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ). При помощи ПНЧ входное напряж6ение преобразуется в частоту импульсов, при этом f = КU_вх. Число импульсов, подсчитанных счетчиком за выбранный интервал времени Т_u, определяется формулой

где среднее значение напряжения на интервале Т_и.

Рис. 15. Структурная схема АЦП с частотно-импульсным преобразованием

Рис. 16. Процесс частотно-импульсного преобразования

Так как погрешность ПНЧ практически входит в погрешность АЦП, то для минимизации наиболее часто в качестве ПНЧ используется преобразователь с импульсной обратной связью – рис. 17.

Рис. 17. Структурная схема преобразователя напряжения в частоту с обратной связью

ПНЧ с импульсной обратной связью состоит из входного по­вторителя напряжения, интегратора и компаратора, управляющего генератора импульсов в цепи обратной связи интегратора. Заряд конденсатора С₁ интегратора осуществляется входным напряже­нием U_вx, а разряд производится импульсом с постоянной вольт-секундной площадью.

Е сли входное напряжение имеет отрица­тельную полярность, то импульсы генератора должны быть поло­жительными и наоборот. График работы преобразователя приве­ден на рис. 18.

Рис. 18. График преобразователя «напряжение-частота»

Импульсные генераторы

Для работы различных импульсных устройств часто требуется обеспе­чить подачу на их вход или в другие цепи импульсов напряжений пря­моугольной формы требуемой амплитуды и длительности.

Импульсы образуются в следствии положительных и отрицательных перепадов. Крутые перепады напря­жения (тока) могут создаваться нелинейными системами в результате возникновения в них регенеративных (лавинообразных) процессов.

Устройства, в которых в результате регенеративных процессов возникают крутые перепады напряжения и тока, называют регенератив­ными импульсными устройствами. Среди них наибольшее распростра­нение получили устройства, основанные на использовании усилителей с положительной обратной связью.

По построению и назначению регенеративные импульсные устройства подразделяют на две большие группы.

Одна из них – это генераторы, вырабатывающие импульсы напряжения требуемой амплитуды U и длительности _и, форма которых близка к прямоугольной.

Вторая группа — это триггеры, вырабатывающие пере­пады напряжения, которые будут рассмотрены в дисциплине ТДУ.

К регенератив­ными импульсными генераторам относятся мультивибраторы.

Мультивибраторы (МВ) вырабатывают колебания (импульсы) почти прямоугольной формы, имеющие широкий спектр частоты.

Схемы мультивибраторов строятся на усилителях с положительной обратной связью и включают времязадаю­щие КС-цепочки. В качестве активных элементов в них используют транзисторы и туннельные диоды.

А втоколебательный мультивибратор с коллекторно-базовыми связями (рис. 4).

1. Рисунок4 – автоколебательный мультивибратор

Данный МВ имеет два квазиустойчивых состояния и применяется в качестве ГПИ в тех случаях, когда нет жестких требований к стабильности этих параметров.

Будем считать, что VT1 – насыщен (открыт), а VT2 – закрыт; С1 – разряжен, С2 – заряжен.

После того как напряжение на базе VT2 перейдет нулевой уровень (t₀), транзистор отпирается, появляется коллекторный ток, создается положительное приращение на R_к2, которое через С1 передается на базу VT1, выводит этот транзистор из насыщения. Ток i_к1 уменьшается, напряжение на коллекторе получает отрицательное приращение, которое с коллектора VT1 через С1 передается на базу VT2, вызывает его дальнейшее отпирание. При этом U_с1  const запирает VT1 (рис. 5).

АМВ перешел в другое квазиустойчивое состояние. Теперь происходит перезаряд С1: _пер = С1R_б1 и заряд С2: _зар = С2R_к1. Длительность импульсов определяется временем перезарядки конденсаторов С1, С2:

t_{u1, 2}=_перln2E_к /Е_к = 0,7С1С2R_1,2. (6)

Амплитуда выходных импульсов равна U_к  Е_п. Нестабильность колебаний АМВ определяется нестабильностью параметров схемных элементов и транзисторов. Особенно влияет температурная нестабильность за счет I_к0.

Длительность импульса t_и=0,7 СR_б можно регулировать путем изменения емкости С (обычно дискретно) или R_б в небольших пределах (изменение R_ в широких пределах приводит к изменению глубины насыщения транзисторов, а следовательно, к изменению времени рассасывания t_p и нестабильности t_u).

Р асчёт тактового генератора для АЦП.

Разработать и рассчитать тактовый генератор для АЦП с использованием преобразования «напряжение – временной интервал – двоичный код» с ГЛИН по следующим исходным данным:

Дано:

Частота – Гц

Скважность – 5

Длительность фронтов –

Амплитуда – 4В

Решение

R_б=

Результаты расчета были проверены путем моделирования с использованием программы….. (рис. 2.1, рис2.2)

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема мультивибратора

Рисунок 2.2 - Схема рассчитанного тактового генератора

2. Расчет и описание работы преобразователя уровней (ПУ)