Главная Операционные усилители



яых частей: интегратора, компаратора, управляющей логики, двоичного счетчика и источника эталонного напряжения или тока. Интегратор, как и в случае схемы с пилообразным сигна-.лом, выполнен в виде операционного усилителя с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи. Компаратор - это схема такого же типа, которая была использована в предыдущем примере. В этом случае, однако, компаратор имеет только один активный вход, потенциал которого сравнивается с потенциалом земли.

После получения стартового сигнала управляющая схема сбрасывает счетчик в состояние 00000000, сбрасывает выходное напряжение интегратора в ноль (путем разряда конденсатора Ci) и устанавливает электронный переключатель Sj на аналоговый вход. Аналоговое напряжение создает входной ток интегратора, благодаря чему конденсатор Ci начинает заряжаться через выход интегратора. Это означает, что выходное напряжение интегратора начнет повышаться. Как только это напряжение достигнет нескольких милливольт относительно земли, выход компаратора перебросится в состояние высокого положительного потенциала. При наличии высокого потенциала на выходе компаратора схема управления запускает счетчик, который начинает считать тактовые импульсы.

В процессе счета происходит переполнение счетчика, причем соответствующий выходной разряд перебросит переключатель Si. На графике рис. 14.5,6 показан заряд интегратора в течение интервала времени (to-/J между стартом и переполнением двоичного счетчика.

В момент ti переключатель меняет вход интегратора: вместо аналоговото сигнала подключается прецизионный эталонный источник. Между тем в момент счетчик переполнен и его выход опять оказывается в состоянии 00000000 (максимальное число + 1 есть также исходное состояние). Однако число на выходе будет продолжать возрастать до тех пор, пока на выходе компаратора будет высокий потенциал. Заряд, накопленный на конденсаторе Ci, пропорционален среднему значению аналогового сигнала за время от to до А-

Конденсатор Ci разряжается в течение следующего временного интервала (to-2). Когда Ci полностью разрядиться, на активном входе компаратора будет нулевой потенциал, поэтому состояние компаратора измени-ся и будет соответствовать низкому потенциалу на выходе. В результате управляющая логика •остановит двоичный счетчик, не обнуляя его. В момент, когда счетчик остановлен, двоичное слово на его выходе пропорционально среднему значению аналогового сигнала в интервале (/о-/]). Сигнал конец преобразования (КП) вырабатывается для стробирования микропроцессора или другого прибора. Он сигнализирует о том, что выходные данные устойчивы и готовы для использования.



Преобразователи напряжение- частою

Строго говоря, эти устройства не являются настоящими АЦП, но они очень хорощи, если вы хотите представить аналоговые данные в форме, допускающей запись на магнитную ленту с помощью аппарата, стоимость которого не нревыщает вашего годового жалованья! Такое устройство состоит в основном из одного управляемого генератора (УГ) такого типа, как интегральная схема 566.

Аналого-цифровые преобразователи последовательного счета

АЦП последовательного счета показан на рис. 14.6. Он состоит из компаратора, преобразователя код - напряжение, двоичного счетчика и необходимой управляющей логики.

При получении команды «старт» управляющая логика сбрасывает двоичный счетчик в состояние 00000000, запускает генератор тактовых импульсов и начинает счет. Выходы счетчика

Аналоговый в/од


Двоичный о-выкод ?!

ТИ о-

Старт о-

КПо-

Двоичный счетчик

Управляющая логика

Рис. 14.6. АЦП последовательного счета.



управляют входами ЦАП, так что выходное напряжение ЦАП начинает повышаться в соответствии с прираш,ением содержимого счетчика. Пока аналоговое входное напряжение £вх меньше, чем напряжение на выходе ЦАП (Ет:), на выходе компаратора будет высокий потенциал. Однако, когда £вх = £эт, потенциал на выходе компаратора понизится, выключит тем самым генератор тактовых импульсов и остановит счетчик. Цифровое слово, появляюпгееся в этот момент на выходе счетчика, представляет £вх-

Время преобразования и в преобразователе с пилообразным напряжением, и в преобразователе последовательного счета для многих приложений слишком велико. Оно составляет величины порядка 2" тактовых циклов (где п равно числу разрядов). Время преобразования становится критическим параметром, если необходимо точно воспроизвести высокочастотную компоненту входного колебания. По критерию Найквиста> требуется, чтобы частота выборки (т. е. число преобразований в -секунду) •была как минимум вдвое больше максимальной распознаваемой частоты.

Методы последовательных приближений

Для многих применений, особенно там, где важна скорость преобразования, наиболее подходит метод последовательных приближений. Для выполнения преобразования этого типа АЦП требует только (п-\-\) временных циклов, а некоторые конструкции обеспечивают возможность сокращения процесса преобразования до меньшего числа циклов, если окончательное значение найдено ранее (п-\-\)-то цикла.

Преобразователь с последовательными приближениями выполняет несколько последовательных проб, в которых производится сравнение входного аналового напряжения с эталоном, генерируемым ЦАП. На рис. 14.7 показан пример такой схемы. Схема состоит из компаратора, управляющей логической части, регистра сдвига, защелки выхода и ЦАП типа код -напряжение.

При получении команды старта в СЗР регистра сдвига записывается логическая единица, благодаря чему на выходе СЗР защелки устанавливается высокий потенциал. Единица в СЗР устанавливает выходное напряжение эт равным половине шкалы. Если входное напряжение £вх больше, чем эт, потенциал на выходе компаратора остается высоким. При поступлении следующего тактового импульса оказывается, что потенциал на выходе защелки СЗР остается высоким и единица СЗР регистра сдвига передвигается вправо и занимает следующий за СЗР

В отечественной литературе это положение называется теоремой Ко-тельникова. - Прим. перев.



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


0.012