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.

Рассмотрим схему 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.

Т еперь 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.

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

С ледовательно,

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 бьггь двоичным или двоично-десятичным. Посколь­ку главным образом интегрирующие АЦП применяются в щитовых измерительных приборах с цифровой индикацией или в дру­гих устройствах отображения данных, чаще употребляется двоично-десятачная форма записи.

б) Интегрирующие АЦП работают гораздо медленнее, чем АЦП последовательных при­ближений. Однако они имеют значительно большую потенциальную точность, исключа­ют потерю кодов, обладают помехоустойчи­востью, а также вследствие использования меньшего количества высокоточных элемен­тов гораздо дешевле. Простота, низкая стои­мость и совместимость с интегральными схе­мами обусловливают предпочтительность их применения в щитовых измерительных при­борах с цифровой индикацией.

в) Погрешности интегрирующих преобра­зователей минимизируются двумя принципи­ально различными способами: аналоговым и цифровым. Оба они, однако, требуют допол­нительного времени для коррекции ошибок. Наиболее хорошо известен метод коррекции нуля. Он заключается в том, что 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 за¬канчивается.

Цифровая схема, использованная в 13- разрядном монолитном интегрирующем АЦП, является четырехтактной. Исходный двухтактный цикл преобразования со сме¬щенным опорным напряжением и заземлен¬ным входом обеспечивает цифровую меру

нуля и погрешности коэффициента передачи в форме отсчета. Затем, при подаче сигнала, осуществляется второй двухтактный цикл. Отсчет ошибки вычитается из основного от¬счета, обеспечивая отличную компенсацию погрешностей.

г) Метод интегрирования обеспечивает подавление шума, поскольку любой высоко¬частотный шум просто-напросто усредняется. К тому же происходит полное (теоретически) подавление основной и всех остальных гар¬моник частоты, период которых равен перио¬ду интегрирования сигнала. Следовательно, что бы получить достаточно е подавление на¬водки с частотой 60 Гц и ее гармоник, период интегрирования устанавливают равным 16,7 мкс или кратным этому значению.

3) Формула для расчета выходного напряжения на ОУ, работающем в режиме инвертора, имеем:

Подставим в это выражение условие, получим:

Билет №20