Главная Операционные усилители



виде таблицы, в которой последовательность слов данных, соответствующих амплитуде или другому параметру, сопоставляется с отсчетами времени, как это сделано на рис. 14.3, е.

В некоторых случаях возникает желание использовать цифровой встроенный прибор или цифровой универсальный измерительный прибор одновременно в качестве устройства визуального считывания и в качестве АЦП для цифровой вычислительной машины. А, может быть, вам захочется использовать выходной сигнал какого-либо уже существующего прибора в качестве цифрового сигнала для вычислительной машины. Многие из таких приборов имеют на выходе шины параллельных цифровых данных, расположенные на задней панели вместе с линиями управления и (или) стробирования. Однако привлекательность такого подхода довольно быстро пропадает, если иметь в виду две проблемы: относительно низкую скорость преобразования и тот факт, что в приборах обычно используется двоично-десятичное кодирование, а не прямое двоичное или шестнадцатеричное/восьмеричное кодирование, требующееся для вычислительной машины.

Первая из этих проблем становится реальной помехой на более или менее высоких частотах, так что рассматриваемый подход полезен только при очень низких частотах. Решение проблемы состоит в преобразовании кодов аппаратными или программными средствами (см. гл. 12).

Большинство встроенных и универсальных цифровых измерительных приборов используют ЦАП с интегратором для получения пилообразного (или чаще треугольной формы) напряжения. Пример типичного преобразователя с интегратором и пилообразным напряжением показан на рис. 14.4, а.

Как указывает Варне ]2], одновременные требования простоты и точности (аналого-цифровых преобразователей), как правило, противоречат друг другу. Интегратор с пилообразным напряжением может быть простым, однако его применение огра-.ничено теми случаями, когда приемлема точность от 1 до 3%. Преобразователь, показанный на рис. 14.4, а, состоит из пяти основных частей: генератор линейно-изменяющегося напряжения, компаратор, логическая часть, генератор тактовых импульсов (ГТИ) и выходное кодирующее устройство.

Генератор линейно-изменяющегося напряжения - это обычный интегратор на операционном усилителе, вход которого подключен к источнику стабильного эталонного напряжения. Благодаря этому входной ток /эт почти постоянен, а следовательно, напряжение в точке 2 будет повышаться почти линейно, создавая тем самым пилообразный сигнал.

Компаратор - это тоже операционный усилитель, но без обратной связи. Коэффициент усиления в данном случае равен по существу коэффициенту усиления при разомкнутой цепи обратной связи выбранного устройства. Как правило, этот



[еисраглор линейно изменяющегося напряжения


CtMlViyHJ

Управлениг главным вентилем

Be ишиль У

Двоилт/й

счетчик

Защелпа

Кодирующее устройство

Рнс 14 4 Генератор с пилообразным напряжением (а), временная диаграмма (б)

коэффициент усиления очень велик, даже в недорогих операционных усилителях. Когда аналоговое входное напряжение больше, чем линейно-изменяющееся напряжение, выход компаратора находится в состоянии насыщения (высокий логический уровень, или 1).

Логическая часть состоит из главного вентиля И, генератора главного вентиля и генератора тактовых импульсов. На рис. 14.4,6 показаны сигналы, связанные с рассматриваемой схемой.

Когда потенциал на выходе генератора главного вентиля низкий, переключатель S] остается замкнутым и пилообразное напряжение равно нулю. Сигнал управления главным вентилем в точке / представляет собой низкочастотное прямоугольное колебание (меандр), частота которого равна желаемой ча-



Аналоговый


66666666 Двоичный выход

Рис 14 5 Генератор с напряжением треугольной формы (а), временная диаграмма колебаний (б)

стоте выборки. Когда точка / имеет высокий потенциал, ключ 5i открыт и пилообразное напряжение линейно возрастает Когда пилообразное напряжение станет равным неизвестному входному напряжению {Е}, дифференциальное напряжение на входе компаратора будет равно нулю, а напряжение на его выходе будет мало.

Для того чтобы напряжение на выходе вентиля И было высоким, требуется, чтобы было высоким и напряжение на всех трех его входах. С момента времени to до момента ti напряжение на выходе вентиля И повышается всякий раз при поступлении сигнала тактового импульса.

На выходное кодирующее устройство, в данном случае восьмиразрядный двоичный счетчик, поступает последовательность импульсов, длина которой пропорциональна величине входного аналогового напряжения. Если АЦП спроектирован правильно, максимальное число в кодирующем устройстве пропорционально максимальной возможной величине напряжения fix.

С АЦП с интегратором и пилообразным напряжением связано несколько неприятных проблем:

• Пилообразное напряжение может быть нелинейным.

• Пилообразное напряжение может иметь или слишком пологий наклон, или недостаточную амплитуду.

• Частота тактовых импульсов может быть не такой, которая нужна.

• Истинное значение Ех может изменяться из-за шумов.

Многие из этих проблем не возникают в показанном на рис. 14.5 устройстве с возрастающим и падающим напряжением на интеграторе. Эта схема также состоит из пяти основ-



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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0155