2. Интегрирующий ацп.

Т еория и решение. а) Интегрирующий АЦП измеряет время, необходимое для то­го, чтобы выходной сигнал интегратора про­шел с постоянной (опорной) скоростью че­рез весь диапазон значений напряжений, про­порциональных среднему входному сигналу.

Схем на рис. 15.17, а. В на­чальный момент времени на интегратор пода­ется входное напряжение и начинается инте­грирование входного сигнала Ui . Одновре­менно счетчик начинает подсчет тактовых импульсов. Отсчитав за время t1 несколь­ко тактовых импульсов N1 счетчик пере­ключает вход интегратора.

Теперь на интегратор подается опорное напряжение UОП, имеющее полярность, про­тивоположную входному сигналу. Он начи­нает интегрировать в противоположном на­правлении с постоянной скоростью, а счет­чик снова подсчитывает тактовые импуль­сы. Когда выходной сигнал интегратора до­стигает своего исходного значения, компа­ратор отключается и преобразование завер­шается. Прекращается следование тактовых импульсов, интегратор фиксируется на ис­ходном значении. Можно показать, что количество отсчетов отражающее время пропорционально среднему входному на­пряжению Ui. Выходной сигнал интеграто­ра показан на рис. 15.17, б.

Поскольку выходной сигнал интегратора после первого такта интегрирования U1 ра­вен изменению выходного сигнала после вто­рого такта интегрирования U2 можно запи­сать, что

Следовательно, .

Так как время пропорционально количе­ству отсчетов, то .

Д о тех пор пока значения R, С и частоты тактовых импульсов остаются неизменны­ми во время преобразования, точность пре­образования от них не зависит. Она опреде­ляется смещением усилителя, дрейфом на­пряжения смещения, нелинейностью динами­ческих характеристик переключателей, инте­гратора и компаратора.

Выходной сигнал счетчика может быть двоичным или двоично-десятичным. Главным образом интегрирующие АЦП применяются в щитовых измерительных приборах с цифровой индикацией, и чаще употребляется двоично-десятачная форма записи.

б) Интегрирующие АЦП работают гораздо медленнее, чем АЦП последовательных при­ближений, но они имеют значительно большую потенциальную точность, исключа­ют потерю кодов, обладают помехоустойчи­востью, а также вследствие использования меньшего количества высокоточных элемен­тов гораздо дешевле.

в) Погрешности интегрирующих преобра­зователей минимизируются двумя способами: аналоговым и цифровым. Оба требуют времени для коррекции ошибок. Наиболее хорошо известен метод коррекции нуля - после завер­шения преобразования вход отсоединяется от источника опорного напряжения и заряжа­ется конденсатор C1 (рис. 15.18), напряжение которого через буферное устройство подает­ся на вход интегратора. Компаратор и интегратор соединены друг с другом местной цепью обратной связи с коэффициентом пере­дачи 1. Второй конденсатор С2 заряжается до напряжения, равного сумме опорного на­пряжения и напряжений смещения буферно­го устройства и интегратора. Интегрирую­щий конденсатор заряжается до напряжения смещения компаратора.

При получении команды на начало пре­образования конденсатор С1 отсоединяется от источника опорного напряжения и земли. На ранее заземленный вывод подается вход­ной сигнал. Конденсатор С2 отсоединяется от выхода компаратора. К интегрирующему резистору прикладывается напряжение, рав­ное входному, и далее происходит процесс интегрирования. Выходной сигнал интеграто­ра изменяется в соответствующем направле­нии (в зависимости от полярности входно­го сигнала) относительно напряжения нуле­вого смещения компаратора.

После отсчета N1 тактовых импульсов на выходе интегратора появляются проинте­грированное суммарное напряжение сигна­ла и напряжение смещения компаратора. Вход буферного устройства переключается или на землю, или на источник опорного напряжения. Направление интегрирования определяется полярностью входного на­пряжения. Когда напряжение на выходе ин­тегратора становится равным напряжению смещения компаратора, преобразование заканчивается.

г) Метод интегрирования обеспечивает подавление шума, любой высокочастотный шум усредняется. К тому же происходит полное (теоретически) подавление основной и всех остальных гармоник частоты, период которых равен периоду интегрирования сигнала. Следовательно, что бы получить достаточно е подавление наводки с частотой 60 Гц и ее гармоник, период интегрирования устанавливают равным 16,7 мкс или кратным этому значению.

3. Для того чтобы определить, какие переключатели замкнуты, воспользуемся методом последовательного приближения. Коммутируемые выводы обеспечивают напряжения:

1 разряд = 5В;

2 разряд = 2,5В;

3 разряд = 1,25В;

4 разряд = 0,625В;

5 разряд = 0,3125В;

6 разряд = 0,15625В;

Так как 8,75В>5В, следовательно 1 разряд = 1. После замыкания 2 разряда напряжение на выходе повысится до 7,5В. Если замкнуть 3 разряд, то на выходе мы получим удовлетворяющее нас напряжение, эквивалентно коду 111000.

№_____20______