42. Циу с двухтактным интегрированием. Струк-ра и особ-ти работы.

Приборы такого типа получили большое распространение, т.к. очень легко реализуются на современной интегральной элементной базе. Все интегральные преобраз-ли имеют хорошую помехозащищенность и явл осн типовым элементом в зонах с повышенными шумами и помехами (цех услов, сварочн агрегаты). Такие св-ва обусловлены тем, что вх сигнал с помехами интегрируется достаточно длит время, за ктр помехи компенсируют др.др. . Это происходит по 3-м причинам: 1. помехи носят переем х-р; 2.помеха одного знака встречается почти столько же раз как и помеха др. знака; 3. Помехи значительные встречаются реже, чем помехи маленькие.

Типовая структура ЦИУ с двухтактным интегрированием имеет вид:

Собственно цикл измерения состоит из двух рабочих тактов интегрир-я и вспомогательной операции автокомпенсации нуля.

Такт 1

В момент t₁ устройство управления УУ замыкает ключи SW₁ и SW₂. При этом на вход интегратора поступает измеряемое напряжение Ux, кот заряжает С. На его выходе начинает нарастать напряжение U₁:

Одновременно на счетчик СТ от ГТИ поступают импульсы частотой f₀.

При достижении в счетчике СТ некоторого числа N₀ (обычно это модуль счета М счетчика) первый такт заканчивается ( момент t₂ ). Время интегрирования между t₁ и t₂ составляет

Такт 2

В момент времени t₂ счетчик СТ сбрасывается в ноль, а устр-во управл УУ размыкает ключ SW₁ и замыкает ключ SW₂. На вход интегратора подается известное по значению опорное напряжение U₀, полярность которого противоположна полярности Ux, конд-р начинает разряжаться и в момент t₃ U₁=0.

Выходное напряжение интегратора линейно уменьшается и в момент времени t₃ становиться равным нулю. В этот момент, который фиксируется компаратором, заканчивается второй такт интегрирования. За время Тх=t₃-t₂ на счетчик СТ пройдет f0*Tx=Nx импульсов опорной частоты.

Баланс зарядов на конденсаторе С: или. Отсюда

Но тогда:. Это числоNx переписывается в регистр в момент времени t₃ по команде УУ. Одновременно счетчик СТ сбрасывается в ноль и производиться начальная установка УУ, при которой ключи SW₃ и SW₄ замкнуты. В течение времени Т коррекции с момента времени t₃ автоматически корректируются аналоговая часть прибора и компаратор. Далее цикл повторяется.

Рез-т измерений не зависит от параметров интегратора кратковременных импульсов. Конд-р выбирают полистирольн, БЛП, С2-29В

Такт 3 – вспомогательный, автокоррекция нуля.

След., метод двойного интегрирования обеспечивает независимость отсчета от долговременной нестабильности элементов R, C интегратора, значения и долговременной нестабильности ГТИ. Важно лишь, чтобы не менялось значение опорного напряжения U0.

Эта структура является одной из наиболее перспективных для разработки высокоточных интегрирующих ЦИУ. Эта же структура лежит в основе интегральных интегрирующих АЦП К572ПВ2 и К572ПВ5 (с выходом на ИЖК)

43. Погрешности интегрирующих преобразователей на примере циу двухтактного интегрирования. Способы их уменьшения.

Полупроводниковые БИС интегр-го АЦП типа К572ПВ2 широко применяются при построен цифровых вольтметров и мультиметров. Совместно с ИОН, неск-ми R и C они выполняют функцию АЦП 2-го интегр-я с автом-й коррекцией нуля и определением полярности вх сигнала.

У К572ПВ2 полный цикл преобр-я (t₁-t₃ и Tи) длиться 4000 периодов счетных импульсов ГОЧ (или 16000 импульсов ГТИ, т.к. есть встроенный делитель на 4). Из них интервал интегрир-я вх сигнала t₁-t₂ постоянен и равен 1000 импульсов ГОЧ. Интервал интегр-я U₀ в зав-ти от знач Ux изменяется от 0 до 2000 периодов ГОЧ (t₂-t₃). Оставшийся интервал вр Ткоррекц составляет от 1000 до 3000 периодов ГОЧ. Для повышения линейности интегратора U₁=2В. максимальная тактовая частота - 200 кГц. Рекомендуемые частоты – 40; 50; 100; 200 кГц – т.е. кратные частоте сети.

Основные погрешности таких ЦИУ:

1. погрешность от не идентичности ключей SW₁ и SW₂, т.к. Ux и U₀ подаются на интегратор через разные ключи с разными сопротивлениями. , где- измененияR замкнутых ключей под воздействием внешних факторов или старения. - сопротивление ключа в разомкнутом состоянии. Если ключи, например полевые и выполнены в виде одной интегральной схемы на одной подложке, то, в то время как. Для устранения необходимо менять местами ключи.

2. Погрешность от нелинейности интегрир-я, кот зависит от вр интегрир-я и эквивалентной постоянной времени интегратора , где- коэф-т усиления усилителя по постоянному току.

Относительная погрешность от нелинейности интегрир-я на 1 такте

Во 2 такте направление интегрир-я другое, поэтому суммарная погрешность:

Для устранения необходимо использов > постоянную вр интегратора и работать на начальном участке экспоненты.

3. Погр-ть вызв-я неид-стью ОУ: смещ нуля (компенсируется на 3 такте), наличие вр задержки, конечное значение f1 (частота 1-го усиления)

4. Погр-ть вызванная конечным значением коэф-та абсорбции конденсатора С. Устраняется рациональным выбором конденсатора.

5. Погр-ть квантования, обусловлена зоной нечувств-ти компаратора вблизи 0 (мертвая зона). Устраняют её 1.чисто аппаратурно – использ сложных схем компараторов (получая порог до 0,2mB), 2. с помощью добавки напряжения того же знака что и Ux (Ux при этом не откл-ся).