|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы шение ik = n-ii-~J " = . подстановка которого в (3.8) дает тот же самый результат (3.9), что и при анализе предыдущей схемы (здесь нужно учесть, что Rn-i = 2R). Полезно заметить, что в схемах рис. 3.39 с помощью сопротивления /?ос можно менять масштаб преобразования, т. е. коэффициент Кпр = f/(Amax)/f/max = = 2RojRn-i- В частности, при Roc = R = Rn-A получаем JK„p = 1. Преимуществом схем ПКН, использующих принцип суммирования токов (по сравнению со схемами на рис. 3.37), является их более высокое быстродействие. Это объясняется тем, что в этих схемах токи, проходящие через резисторы, практически не меняются при изменении состояния ключей, так как входные напряжение и ток операционного усилителя близки к нулю. В этих схемах время преобразования определяется быстродействием ключевых элементов и частотными свойствами операционного усилителя. Однако такие ПКН отличаются более сложной схемой электронных переключателей, так как здесь необходимо осуществлять коммутацию слабых электрических сигналов во входной цепи операционного усилителя, изолированной от земли и источника питания. Поэтому на практике подобные схемы применяются лишь в тех случаях, когда заданные высокие требования к скорости преобразования не могут быть удовлетворены с помощью более простых устройств. § 3.7. АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЕ-КОД Устройства, называемые преобразователями напряжение - код (ПКН), отличаются большим разнообразием вариантов исполнения, в основе которых лежат три известных принципа преобразования, определяющих алгоритм функционирования и структуру соответствующих устройств: I) последовательного счета; 2) поразрядного кодирования и 3) считывания [201. Согласно этой классификации рассмотрим три основные разновидности схем ПНК. Принцип последовательного счета реализуется с помощью схемы, изображенной на рис. 3.41. Он состоит в сравнении входного напряжения f/вх с последовательно нарастающим эталонным напряжением Us{t), представляюшлм собой сумму «квантов» Д[/, которые определяют погрешность преобразования. Ступенчатое напряжение UJJ:) формируется с помощью ПКН и двоичного счетчика СТ, последовательно изменяющего свое состояние начиная от момента обнуления н, соответствующего началу операции преобразования. В момент совпадения эталонного напряжения Ug{tk) - NAu с входным напряжением f/i5x ( точностью до «кванта» Дс;) схема сравнения вырабатывает импульс, останавливающий счетчик путем подачи запрещающего сигнала с триггера Т на схему совпадений, пропускающую на счетчик импульсы тактового генератора G. Этот момент времени (обозначенный на рис. 3.41 4) соответствует окончанию операции преобразования. Погрешность преобразования в такой схеме определяется значением Д(у, которое в свою очередь, зависит от точности ПКН и чувствительности схемы сравнения. Диапазон преобразования определяется разрядностью счетчика и ПКН, так как максимально допустимое значение входного напряжения f/max = Ас/ (2"-1) Ас;2". Основным недостатком ПКН, использующих принцип последовательного счета, является сравнительно большое время преобразования, зависящее от входного напряжения и быстродействия счетчика  Рис. 3.41. Схема ПКН, основанная на принципе последовательного счета (о), и поясняющие временные диаграммы (б) И ПКН. В предельном случае, когда входное напряжение максимально, т. е. Uj, = Ди2", а время переключения счетчика Д, полное время преобразования Гпр, характеризующее быстродействие ПНК, определяется как Т„р = Д(2". Указанный недостаток в значительной мере компенсируется тем, что подобные схемы являются наиболее простыми из всех возможных разновидностей ПНК. Поэтому такие ПНК широко применяются на практике, когда требование быстродействия не является определяю-шцм, особенно в многоканальных и следящих ПНК [20]. Вариантом схемы ПНК, основанной на принципе последовательного счета, является также известная схема с промежуточным преобразованием напряжения во временной интервал и последующим преобразованием этого интервала в код [20]. Эта схема отличается от схемы на рис. 3.41 тем, что в ней вместо ПНК используется аналоговый генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), который запускается в jmomcht начала преобразования t„. Работа этой схемы полностью аналогична работе схемы на рйс. 3.41 и не требует дополнительных пояснений. Ее существенная особенность заключается в том, что роль эталонного напряжения в ней играет выходное напряжение ГЛИН. В связи с этим к выходному напряжению ГЛИН предъявляются высокие требования линейности и стабильности. Поэтому сфера применения таких схем ограничена в связи с появлением элементов ПКН в интегральном исполнении. Принцип поразрядного кодирования состоит в формировании циф-ровьш способом эталонного напряжения Ug путем последовательного приближения его к входному напряжению f/вх. Этот принцип поясняется структурной схемой (рис. 3.42, й) и графом переходов (рис. 3.42, б), который отражает алгоритм управления состоянием регистра памяти (РП), необходимый для реализации метода последовательного приближения эталонного напряжения, снимаемого с выхода ПКН. Узлы графа на рис. 3.42, б характеризуют состояние регистра РП, т. е. содержащееся в нем двоичное число в каждый момент сравнения напряжений f/g и f/вх- Направление перехода задается устройством управления (УУ) в зависимости от выходного сигнала устройства сравнения (УС). В начальный момент времени (момент  Рис. 3.42. Структурная схема ПНК, основанная на принципе поразрядного кодирования (о),, и граф переходов (б): ГТИ - генератор тактовых импульсов; УС - устройство сравнения; УУ - устройство управления; РП - регистр памяти; ПКИ - преобразователь код - напряжение запуска схемы) регистр устанавливается в состояние 10-О, при котором значение Ug определяется весом старшего разряда выходного двоичного числа N. Затем осуществляется п тактов последовательного приближения напряжения к значению входного напряжения L/gx-На каждом такте возможно два исхода, два управляющих воздействия, изменяющих состояние регистра (см. обозначения на ветвях графа): 1) если Ug<zUBx, то производится установка очередного младшего разряда в 1 при сохранении состояния всех предшествующих старших разрядов; 2) если f/g > f/вх. то установка младшего разряда в 1 сопровождается сбросом предыдущего старшего разряда в 0. В результате, по истечении п тактов управления (где п - число разрядов регистра) эталонное напряжение Од будет приближенно к f/вх с точностью до вклада самого младшего разряда, т. е. вх» где Ugi = f/max/2"~ - вклад /-Г0 разряда в напряжение Ug на выходе ПКН, причем f/max характеризует максимальное преобразуемое напряжение; «эо = f/max/2" - погрешность преобразования (т. е. вклад младшего разряда). Преимуществом рассмотренного принципа преобразования по сравнению с принципом последовательного счета является значительно меньшее время преобразования, которое в данном случае определяется как Тщ, - nAf, где А< - длительность одного такта управления, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [ 38 ] 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 |