8.4. Індуктивні ккп

Н а базі індуктивних подільників напруги (ІПН) будують прецизійні (з похибкою порядку 0,0001 %) засоби метрологічного забезпечення, які можуть працювати в широкому частотному діапазоні - від інфранизьких до високих частот (від декількох Гц до декількох МГц). Коефіцієнт поділу ІДН, виконаного на тороїдному осерді з матеріалу з високою магнітною проникністю при густому навиванні зі скруткою секцій обмоток і великому опорі навантаження, дорівнює відношенню числа витків відповідних обмоток подільника. Наприклад, для тридекадного ІДН (рис. 8.8 ) вихідна напруга U_N

Рис. 8.8. ККП змінної напруги на основі індуктивних подільників напруги

рівна [77]

, (8.32)

де W₁, W₂, W₃ – повні числа витків відповідних розрядів ІДН; W_N1, W_N2, W_N3 – змінні числа витків відповідних розрядів, які відповідають числам десяткового трирозрядного вхідного коду; W_1N1, W_1N2 - числа витків відповідних розрядів, які відповідають одиниці молодшого розряду даної декади.

8.5. Ємнісні ККП

В мікроелектронній інтегральній МДН-технології точність виготовлення конденсаторів (відносна похибка ±0,06 %) в декілька разів вища від точності виготовлення резисторів. Температурний коефіцієнт ємності (26^.10^-6 1/К) набагато менший температурного коефіцієнта опору (400^.10^-6 1/К). Це ж стосується і коефіцієнта впливу напруги для конденсаторів (10^.10^-6 1/В), а для резисторів – 800^.10^-6 1/В. Висока точність і стабільність виготовлення інтегральних МДН-конденсаторів послужили основою розроблення методу дискретного переносу зарядів [41, 78-80]. Інтегральні матриці конденсаторів виготовляються з відношенням номінальних ємностей не більшим 2⁸=256. В точніших перетворювачах використовуються тонкошарові конденсатори. Найточнішою схемою конденсаторного ККП є матричний паралельний перетворювач (рис. 8.9) [79, 80]. Двійкове слово паралельно подається на

СВЗ – схема вибірки-зберігання

Рис. 8.9 Структурна схема ККП з матрицею конденсаторів

затвори МДН-ключів S₁, S₂, …, S_n і керує бітами у відповідних розрядах синхронно з фазами генератора керування. У фазі 1 всі конденсатори підключені до спільної шини, а в другій фазі – до напруги Е₀ тільки при коефіцієнті комутації b_i=1 (b_i=0 – конденсатори підключені до спільної шини). Таким чином, кожен конденсатор, підключений до опорної напруги Е₀, вносить свій вклад у вихідну напругу U_вих

, (8.33)

де С_Т=С₀^.2ⁿ⁺¹ – сумарна ємність матриці та конденсатора С₀.

У фазі 2 вихідна напруга матриці запам’ятовується в СВЗ.

Паразитна ємність викликає нелінійне зміщення DU вихідної напруги

, (8.34)

і для забезпечення високої точності перетворювача повинна виконуватись умова C_p<C₀/2, що затруднено на практиці.

Іншим джерелом похибки є інструментальні похибки матриці конденсаторів [79, 80].

Для усунення чутливості до паразитних ємностей можна використати ефект “віртуальної землі” з використанням операційного підсилювача, тоді

, (8.35)

де С – ємність запам’ятовуючого конденсатора у від’ємному зворотному зв’язку; е_зм – напруга зміщення ОП.

Недоліком паралельних конденсаторних перетворювачів є велика площа, яку вони займають на кристалі інтегральної мікросхеми. Значно економніше використовується вона в послідовних конденсаторних перетворювачах (рис. 8.10) [79, 80]. Для цієї схеми повинна виконуватись умова C₁=C₂. Перетворення двійкового слова здійснюється послідовно, починаючи з найменшого розряду b₀. Конденсатор С₁ заряджається до напруги Е₀ при b₀=1 шляхом замикання ключа S₂ або розряджається при b₀=0 шляхом замикання S₃. Одночасно конденсатор С₂ розряджається через ключ S₄. Потім при розімкнених ключах S₂–S₄ замикається ключ S₁, що викликає подія заряду, тоді

. (8.36)

Рис. 8.10. Послідовний ємнісний ККП

Допоки на конденсаторі С₂ зберігається заряд, процедура заряду конденсатора С₁ повторюється для наступного розряду

. (8.37)

Таким самим способом здійснюється перетворення для решти розрядів слова керування

. (8.38)

Для реалізації цієї схеми потрібна лише пара конденсаторів для слів довільної розрядності. До недоліків цих перетворювачів слід віднести невисоку швидкодію.