АЦП с двухтактным интегрированием

АЦП с двухтактным интегрированием представляет один из нескольких типов схем интегрирующих преобразователей. Интегрирующие преобразователи отличаются малым быстродействием (время их преобразования составляет от 20 до 40 мкс), но они, как правило, очень точны и линейны. Они широко используются в цифровых вольтметрах, измерительных приборах с цифровой индикацией и в системах обработки измерительной информации в тех случаях, когда скорость преобразования не является решающим фактором.

Рассмотрим функциональную схему АЦП с двухтактным интегрированием, которая является наиболее распространенной схемой интегрирующих АЦП.

Рис. 129. АЦП с двухтактным интегрированием

Рис. 130. Временные диаграммы работы АЦП

Преобразование начинается с установки счетчика в нуль с помощью управляющей логики схемы управления.

Ключ «Кл» устанавливается в положение, при котором к интегратору подключается U_вх, и счетчик начинает считать импульсы с ГОЧ.

В то время, когда счетчик считает импульсы с ГОЧ, U_вх, если оно положительное, вызывает нарастание отрицательного выходного напряжения интегратора со скоростью, пропорциональной U_вх.

В момент времени t₁ появляется сигнал переполнения счетчика. Этот интервал времени должен быть постоянным. Напряжение на выходе интегратора в этот момент времени будет:

.

(187)

В момент появления сигнала переполнения счетчика ключ (Кл) переключается на напряжение –U_оп, а счетчик, который обнуляется сигналом переполнения, начинает снова считать импульсы с ГОЧ.

Интегрирующий конденсатор начинает разряжаться с постоянной скоростью, пропорциональной величине . Когда конденсатор интегратора разрядиться до нуля, компаратор (Y2) останавливает счетчик.

Содержимое счетчика при фиксированном времени t₁ представляет отношение напряжений . Действительно, из условия равенства времени t₂ имеем:

,

(188)

где .

,

(189)

откуда или .

До момента t₁ в счетчике будет сигналов, а в момент времени t₂ .

, , ,	(190)
, ,	(191)

где n – количество разрядов счетчика.

Если входное напряжение будет больше, чем рассмотренное нами U_вх, то напряжение на выходе интегратора будет больше, поэтому время t₂ во втором случае будет больше и также будет больше количество импульсов в счетчике.

Преимущества АЦП с двухтактным интегрированием.

1. Результат преобразования зависит не от абсолютного значения временного интервала, а отношения временных интервалов t₂ и t₁. Поэтому в АЦП не требуется иметь прецизионный генератор ГОЧ. На точность преобразования не оказывает влияние также изменения частоты ГОЧ.

2. Медленные изменения постоянной времени интегратора, дрейф нуля операционного усилителя, не сказываются на точности преобразования за счет двухтактного интегрирования.

3. Интегрирование входного сигнала приводит к сглаживанию высокочастотных помех, наводок, импульсов. Наводки по цепям питания, кратные 50 Гц подавляются полностью, если интервал интегрирования t₁ кратен 50 Гц.

Контрольные вопросы

1. Классификация и основные параметры АЦП.

2. АЦП последовательного счета с аналоговым интегратором.

3. АЦП последовательного счета с цифровым интегратором.

4. АЦП с двухтактным интегрированием.

Лекция 17. АЦП слежения, параллельного действия и поразрядного

кодирования

План лекции

1. Аналого-цифровые преобразователи слежения.

2. Аналого-цифровые преобразователи параллельного действия.

3. Аналого-цифровые преобразователи поразрядного кодирования.