Ацп с двухтактным
ИНТЕГРИРОВАНИЕМ.
Это один из нескольких типов схем интегрирующих преобразователей. Они отличаются малым быстродействием (от 20 до 40 мс). Как правило очень точны и линейны. Низкая стоимость. Используются в цифровых вольтметрах и других измерительных приборах, где стоимость преобразования не является решающим фактором.
На рис.5.изображена схема ЦАП с 2-х тактным интегрированием.
В эту схему входит источник опорного напряжения, аналоговый ключ, интегратор, построенный на операционном усилителе, компаратор, задатчик времени (генератор импульсов стабильной частоты), счетчик импульсов и схемы управления.
Рассмотрим работу схемы на рис.5.
Преобразование начинается с установки счетчика в нуль с помощью управляющей схемы управления. Ключ подает входные сигналы на вход интегратора и счетчик начинает считать импульсы задатчика времени. Пока счетчик считает импульсы, напряжение на выходе интегратора растет со скоростью, пропорциональной Uвх. В момент переполнения счетчика происходит его обнуления и ключ переключает вход интегратора к источнику опорного напряжения. Интегрирующий конденсатор разряжает помощью постоянной скорости, пропорциональной Uоп. Когда конденсатор разрядится до нуля, компаратор останавливает счетчик. Содержимое счетчика, т.е. двоичный код на его выходе будет пропорционален Uвх и будет отражать входного сигнала в двоичном коде.
Рис.5.
АЦП с двухтактным регулированием.
Последовательный ацп
СО СТУПЕНЧАТЫМ
ПИЛООБРАЗНОМ
НАПРЯЖЕНИЕМ.
Такие АЦП сравнительно просты как в дискретном, так и в интегральном исполнении, имеют более высокую скорость
преобразования, (она зависит от разрядности), чем интегрирующие. Он имеет меньшую стоимость, чем параллельные АЦП. Такие преобразователи применяют в системах числового программного управления для станков, в системах связи между аналоговыми и цифровыми ЭВМ, и т.д. Этот преобразователь является типичным примером последовательного АЦП с единичными приближениями, состоит из компаратора, счетчика и ЦАП.
На
рис.6. представлена структурная схема
последовательного АЦП.
Рис.6. Структурная схема последовательного
Рис.6. АЦП со ступенчатым пилообразным
напряжением.
Работа преобразователя начинается с прихода импульса запуска, который накопительный счетчик. Выходной код счетчика подается на ЦАП, который преобразует его в пилообразное напряжение обратной связи. Процесс преобразования продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи сравняется с входным и сработает компаратор, который своим выходным сигналом остановит поступление счетных импульсов на счетчике. Выходной код счетчика будет выражать величину выходного сигнала в цифровом двоичном коде.
Для увеличения быстродействия подобных АЦП, применяют более быстродействующие счетчики, они увеличивают частоту генератора счетных импульсов.
В последнее время вместо счетчиков применяются регистры последовательного приближения. Все эти меры позволяют получить АЦП с достаточно большим быстродействием и большой точностью, которые можно применять для обработки телевизионных и звуковых сигналов.
3.3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ
УСТАНОВКИ.
Лабораторная установка представляет собой стенд, на котором размещены схемы АЦП и ЦАП, вольтметры, регулятор выходного напряжения, тумблер включения сети, светодиоды.
Внутренний источник питания обеспечивает нормальную работу схемы от сети 220 В.
Входное напряжение и опорное напряжение, задается от внутреннего источника питания. Наличие контрольных вольтметров на входе АЦП и на выходе ЦАП позволяет производить необходимые измерения без лишних подключений.
Выход АЦП в виде 4-х разрядного кода подается сразу на вход ЦАП. Для контроля состояния выхода АЦП применены светодиоды. Наличие единицы в каждом разряде вызывает свечение светодиода. На данном стенде собраны схемы параллельного АЦП, как наиболее простого и ЦАП с двоично-взвешенными сопротивлениями, по четыре разряда в каждой схеме.
3.4. ПЛАН ПРОВЕДЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ.
Поскольку данная работа проводится на стенде, где схемы уже собраны и не нуждаются в наладке, переключений ни каких не потребуется.
Потенциометром R1 производится изменение входного напряжения Uвх на входе АЦП. Вольтметры на входе и на выходе схемы регистрируют значения Uвх и Uвых. Светодиоды отображают информацию в цифровом коде на выходе АЦП и входе ЦАП.
Включить тумблер "сеть". Медленно изменяя входное напряжение от 0 до максимального значения, произвести наблюдение за состояниями разрядов на выходе АЦП, и показания вольтметров Uвх и Uвых
занести в таблицу 1.
Заносим в таблицу значения при каждом изменении состояния разрядов, чтобы можно было определить дискретность преобразования. При этом учесть, что горящий светодиод соответствует логической единице, а негорящий - логическому нулю.
Используя таблицу 1 вычертить график зависимости: Uвых=f(Uвх).
Объяснить полученную линию графика, используя приведенный выше теоретический материал.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое двоичный вес.
2. Назначение двоично-взвешенных резисторов в схеме ЦАП.
3. Чем определяется точность ЦАП.
4. Принцип работы простейшего ЦАП.
5. Назначение АЦП и ЦАП.
6. Преимущества и недостатки АЦП параллельного типа и АЦП с двухтактным интегрированием.
7. Назначение ЦАП в схеме последовательного АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением.
8. Чем определяется точность и быстродействие АЦП.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ю.С. Забродин. Промышленная электроника. Москва. "Высшая школа". 1982.
2. Л. Фолкенберри. Применеие операционных усилителей и линейных И.С.", Пер. с англ. -М.: Мир, 1985.
3. Справочник по средствам автоматики. Под ред. В.Э. Низэ и
И.В. Антика. -м. : Энергоатомиздат, 1983.