SU1102035A1 - Аналого-цифровой преобразователь с промежуточным преобразованием напр жени в частоту - Google Patents

Abstract

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий интегратор, выполненный на операционном усилителе, неинвертирующйй вход которого соединен с общей шиной, а к инвертирующему входу подключены первый вывод первого резистора и перва  обкладка конденсатора , втора  обкладка которого подклю .чена к выходу операционного усилител , ключ, включенный между входной шиной в- торым выводом Первого резистора . второй резистор, первый вывод которого подключен к инввртиру- ющему входу операционного усилител , пороговый элемент, вход которо-. го подключен к выходу операционного усилител , первый триггер, вход сброса которого подключен к выходу порогового элемента, а выход - к первому входу элемента И и к второму выводу второго резистора, таймер, вход которого соединен с тактовой шиной и вторым входом элемента И, первый счетчик, вход которого подключен к выходу элемента И, и вто;рой триггер, отличающийс  тем, что, с пелью повышени  точности , в него введены третий резистор и второй счетчик, первый вход которого подключен к выходу переполне (Л ни  первого счетчика, а второй вход через третий оезистор соединен с инвертирующим входом операционного усилител  интегратора .и непосредственно с выходом второго триггера, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, а такти РУЮ1ДИЙ вход - .с тактовоч шиной, причем первый и второй выходы таймера подключены соответственно к управл ющему входу ключа и установочному входу первого триггера.

Description

Изобретение относитс  к цифровой измерительной технике и может быть использовано в устройствах дл  изме рени  посто нных или измен ющихс . во времени напр жений .и в частности в геофизической аппаратуре, работаю щей по методу переходных процессов. Известен аналого-цифровой преобразователь с поомежуточным преобразованием напр жени  в частоту и подсчетом импульсов за стабильный; интервал времени Cl3, Недостатком данного преобразоват л   вл етс  низка  разрешающа  способность , ограниченна  дискретность отсчета импульсов за интервал времени . Наиболее близким к изобретению  вл етс  аналого-цифровой преобразо ватель с промежуточным преобразованием в частоту, содержащий интегратор , выполненный на операционном усилителе-, неинвертирующий вход которого соединен с общей Шиной, а к инвертирующему входу подключены пер вый вывод первого резистора и перва обкладка конденсатора, втора  обкладка которого подключена к выходу операционного усилител , ключ, вклю ченный между входной шиной и вторым Выводом первого резистора, второй резистор, первый вывод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилител , пороговый элемент , вход которого подключен к выходу onepaiiR.QHHoro усилител , первый триггер, сброса которого подключен к выходу порогового элемента а выход - к первому входу элемента И и к второму выводу второго резисто ра, таймер, вход которого соединен с тактовнгл входом преобразовател  и вторым входом элемента И, первый счетчик, вход которого по5дключен к выходу элемента И, и второй триггер 1:21. Недостатком известного преобразовател   вл етс  низка  точность, ограниченна  разрешающей способность котора  при заданном быстродействии определ емым интервалом времени, в течение которого производитс  подсчет выходных импульсов, ограничиваетс  максимально допустимой частотой тактовьж импульсов. Целью изобретени   вл етс  повышение точности. Поставленна  цель достигаетс  тем что в аналого-цифровой преобразователь с промежуточным преобразовани .ем напр жени  в частоту, содержащий интегратор, выполненный на операцион ном усилителе, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а к инвертирующему входу подключены первый вывод первого резистора и пер ва  обкладка конденсатора, втора  обкладка которого подключена к выходу операционного усилител , ключ. включенный между входной шиной и вторым выводом первого резистора, второй резистор, первый вывод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилител , пороровый элемент, вход которого подключен к выходу операционного усилитеч , первый триггер, вход сброса которого подключен к выходу порогового элемента, а выход - к первому входу элемента И и к второму выводу второго резистора г таймер, вход которого соединен с тактовой шиной и вторым входом элемента И, первый счетчик, вход которого подключен к.выходу элемента и, и второй триггер, введены третий резистор и второй счетчик, первый вход которого подключен к выходу переполнени  первого счетчика, а второй вход через третий резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилител  интегратораи непосредственно с выходом второго триггера,информационный вход которого соединен с выходом интегратора,а тактируюгций вход - с тактовой шиной,причем первый и второй выходы таймера подключены соответственно к управл ющему входу ключа и установочному входу первого триггера. I На фиг.1 представлена (Функциональна  схема преобразовател  на фиг.2 временные диаграммы сигналов. Устройство содержит интегратор, выполненный на операционном усилителе 1 с конденсатором 2 в цепи обрат.ной св зи и первым резистором 3, включенным последовательно с ключом 4 между входной шиной и неинвертирующим входом усилител  1. К управл ющему входу ключа 4 подключен выход таймера 5, а к выходу усилител  1 - информационный вход второго триггера 6, выход которого через третий резистор 7 соединен с инвертирующим входом усилител  1 инепосредственно - с входом второго счетчика 8. К второму выходу таймера 5 подключен установочный вход первого триггера 9j выход которого через второй резистор 10 соединен с инвертирующим входом усилител  1. К выходу усилител  1 подключен -вход порогового элемента 11, выход которого соединен с входом сброма первого триггера 9. К выходу первого триггера 9 подключены первый вход элемента И 12, второй вход которого соединен с тактовым входом преобразовател , входом таймера 5 и тактовым входом второго триггера 6, а выход - с входом первого счетчика 13. Выход переполнени  счетчика 13 соединен с входом второго счетчика 8. На Лиг.2 приведены временные диаграм 1Ы напр жений: а - входное напр жени Ugj, , б - напр жение на выходе ключа в - напр жение на выходе интегратора г - импульсы грубого счета, д - импульсы точного счета.

Устройство работает следующим образом .

На вход интегратора, представл ющего собой операционный усилитель 1 с конденсатором 2 в цепи обратной св зи и резистором 3 на входе, подае с  через ключ 4 измер емое напр жени UBX (фиг.2). Ключ 4- вырезает из полного входного напр жени  отдельный участок (фиг.26) , длительность которго Т определ етс  временем замыкани  ключа 4. Управление ключом 4 осуществл етс ; от таймера 5, причем начало и конец временного интервала Т, в течение которого ключ 4 замкнут, синхронизованы импульсами тактовой частоты {т При подаче входного напр жени  на вход усилител  1 происхрдит зар д конденсатора 2 и напр жение на выходе усилител  повышаетс , Когда напр жение на информационном входе триггера б достигает порога срабатывани , происходит опрокидывание триггера 6 по переднему Фронту ближа:йшего тактового импульса. При этом с выхода триггера 6 через резистор 7 на вход интегратора начинае поступать компенсирующий ток, что . приводит к понижению напр жени  на выходе интегратора и возвращению триггера 6 в исходное состо ние по переднему фронту следующего тактового импульса. Процесс повтор етс  до тех пор, пока на входе интегратора действует входное напр жение. При этом напр жение на выходе интегратора имеет пилообразную форму (фиг.2 Длительность компенсирующих импульсов на выходе триггера б равна периоду тактовой частоты , а амплитуда этих импульсов определ етс  напр жением питани  триггера 6.

Если питание триггера 6 осущестт вл етс  от источника калиброванного напр жени , то на выходе триггера будем иметь -импульсы стаоильной и калиброванной вольт-секундной площади . Количество этих импульсов за интервал времени Т, в течение которрго ключ 4 замкнут, пропорционально интегралу от входного напр жени  за тот. же промежуток времени; Импульсы с выхода триггера 6 подаютс  на счетчик 8 и подсчитываютс  в нем. Эти импульсы (фиг.2 г) будем условно называть импульсами грубого .счета

Поскольку формирование компенсирующих импульсов происходит дискретно , а входное напр жение поступает на интегратор непрерывно, то, в общем случае, в конце временного интервала Т полной компенсации входного

напр жени  действием компенсирующих импульсов не происходит. Это приводи к наличию на выходе интегратора некоторого некомпенсированного напр жени  и

В конце вре,менного интерост

вала Т на установочный вход триггера

9подаетс  импульс от таймера 5, что приводит к опрокидыванию триггера 9 и подаче на вход -интегратора компенсирующего тока с выхода триггера 9 через резистор 10. Это приводит к понижению напр жени  .,: на выходе интегратора до уровн  порога срабатывани  порогового элемента 11, который , срабатыва , возвращает триггер

9 в исходное состо ние. При этом прохождение компенсирующего тока через резистор 10 прекра1чаетс  В эле .менте и 12 происходит заполнение интервала времени, в течение которого с выхода триггера 9 протекает компенсирующий ток, импульсами тащтовой частоты {j . Импульсы на выходе элемента И 12 (фиг.2-3) будем условно называть импульсами точного счета. Длительность интервала времени, в течение которого происхрдит счет импульсов точного счета, однозначно определ ют величину напр жени  UOCT Импульсы точного счета подаютс  на вход счетчика 13. Если сопротивление резистора 10 выбрать в п раз больше сопротивлени  резистора 7 и если амплитуды наНр жений, снимаемых с выходов триггеров б и 9, равны, то компенсирующие токи через резисторы 7 и

10будут отличатьс  в п раз и дл  компенсации одного и того же зар да конденсатора 2 током, проход щим через резистор 10, потребуетс  интервал времени в п раз больше, чем дл  тока, проход щего через резистор 7. Интервал времени, в течение которого через резистор 10 проходит ток компенсации , определ етс  числом импульсов , снимаемых с выхода элемента И 12.

Таким образом, с помощью импульсов то-.ного счета определ етс  величина остатка напр жени  на конденсаторе 2 в конце временного интервала , причем одному импульсу грубого счета с.тавитс  в соответствие п импульсов точного счета. Счетчик 13 имеет m разр дов и при заполнении всех его разр дов на счетчик 8 подаетс  единица переноса. С выходов счетчиков 8 и 13 снимаетс  кодова  комбинаци , соответствующа  среднему значению измер емого напр жени  в интервале времени выборки Т, Разрешающа  способность аналого-цифрового преобразовател  при этом .увеличиваетс  на число разр дов, котррое имеет счетчик 13, а интервал времени выборки Т остаетс  неизменным, за счет увеличени  разрешающей способности повышаетс  точность. Повышение точности и увеличение разрешакидей способности аналого-циФрового преобразовател  расшир ет область применени  этих устройств в первую очередь дл  измерени  напр жений, значительно измен ющихс  во времени. При этом сохран ютс  неизменными такие положительные свойства преобразователей этого типа, как высока  помехоустойчивость, точность, линейность , температурна  зависимость параметров, низка  стоимость.

Предлагаемое устройство использовано   макете аппаратуры дл  измерени  напр жени  переходного процесса . При этом разрешающа  способность устройства составл ла 16 дйоичных разр дов при времени выборки, соответствующему интервалу измерени ,

п внпмгг 1

равному

МС.

V

i

-а

V

п пппп п

Z

Claims (2)

1. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий интегратор, выполненный на операционном усилителе, неинвертирующйй вход которого соединен с общей шиной, а к инвертирующему входу подключены первый вывод первого резистора и первая обкладка конденсатора, вторая обкладка которого подключена к выходу операционного усилитевод которого подключен к инвертиру- ющему входу операционного усилителя, пороговый элемент, вход которо-. го подключен к выходу операционного усилителя, первый триггер, вход сброса которого подключен к выходу порогового элемента, а выход - к первому входу элемента и и к второму выводу второго резистора, таймер, вход которого соединен с тактовой шиной и вторым входом элемента И, первый счетчик, вход которого подключен к выходу элемента И, и второй триггер, отличающийся тем, что, с пелью повышения точности, в него введены третий резистор и второй счетчик, первый вход кото рого подключен к выходу переполнения первого счетчика, а второй вход через третий оезистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя интегратора и непосредственно с выходом второго триггера, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, а такти^ рующий вход - с тактовой шиной, причем первый и второй выходы тайCD

   00 СИ
2. 2 ' /