5.3. Преобразователи напряжение в код (пнк) с полной обратной связью

В преобразователях напряжение в код с обратной связью в качестве основного элемента применяется преобразователь кода в напряжение (ЦАП). ЦАП осуществляет выработку напряжений, пропорциональных подбираемому числу. Если выработанное напряжение совпадает по величине с преобразуемым входным напряжением, то это означает, что подобран искомый цифровой эквивалент.

Упрощенная блок-схема преобразователя напряжения в код представлена на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Блок-схема ПНК с полной обратной связью.

Входное напряжение и напряжение, подаваемое по цепи обратной связи, сравнивается в схеме сравнения.

Разность этих напряжений поступает на устройство управления, в котором по заданному алгоритму вырабатывается цифровой код. Указанный код идёт на выход, а также на ЦАП, который и вырабатывает .

При равенстве цифровой кодэквивалентен.

В зависимости от способа построения устройства управления (УУ) и типа ЦАП различают два типа преобразователей с обратной связью:

- с суммированием единичных приращений аналоговых величин (развертывающего уравновешивания, следящие);

- с суммированием с учётом веса.

Преобразователи с обратной связью, в которых для образования применяется суммирование единичных приращений аналоговых величин могут работать в двух режимах:

- циклическом (развертывающего уравновешивания);

- в режиме накопления (слежения).

Циклический режим

Структурная схема циклического режима представлена на рис. 5.8.

Для формирования и фиксации кода используется обычный двоичный счётчик.

Работа схемы начинается с установки «0» в счётчике чисел. Со счётчика число поступает на ЦАП, а с него напряжение на схему сравнения. Так как в начале цикла, то сигналом, выдаваемым схемой сравнения, открывается вентиль В и импульсы от ГСИ поступают в счётчик, где и суммируются. По мере увеличения числав счётчике, растёт и, выдаваемое с ЦАП. Напряжение на выходе ЦАП имеет линейно-ступенчатый закон изменения, причём величина ступеньки равна разрешающей способности преобразователя.

Рис. 5.8. Структурная схема циклического режима АЦП.

В момент, когда , вентиль закрывается, и в счётчике фиксируется код, эквивалентный величине.

Время преобразования непостоянно и при заданной тактовой частоте зависит от измеряемого сигнала.

Максимальное время преобразования

.

Частота следования импульсов ограничивается, прежде всего, быстродействием ЦАП и, кроме того, быстродействием счётчика.

Погрешность преобразователя определяется погрешностью вырабатываемой ЦАП ступеньки напряжения .

Максимальная погрешность (абсолютная) преобразования, обусловленная конечным значением получаемого кода и напряжением смещения компаратора определяется выражением

,

где – величина погрешности ЦАП,– сдвиг компаратора.

Основное достоинство данной схемы заключается в том, что данный преобразователь можно использовать в многоканальном (мультиплексном) режиме по схеме на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Схема мультиплексного АЦП.

При этом счётчик работает в периодическом режиме, а ЦАП выдает пилообразное ступенчатое напряжение. Количество каналов практически не ограничено.

В связи с тем, что максимальное время старения информации составляет , то при больших скоростях изменениявозникают недопустимо большие ошибки

.

Если указанное выражение не выполняется, то необходимо применять второй режим.

Режим накопления или следящий режим

Структурная схема следящего АЦП приведена на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Структурная схема следящего АЦП.

Преобразуемое напряжение с помощью компараторасравнивается с выходным напряжением ЦАП. В зависимости от результата сравнения увеличивается или уменьшается код в ЦАП, до тех пор, покане будет скомпенсировано. Этот алгоритм реализуется схемой, имеющей в качестве сумматора единичных приращений реверсивный счётчик.

При работе в режиме слежения скорость изменения не должна превышать

.

По сути дела допустимая скорость изменения входного напряжения для следящего преобразователя по сравнению со схемой циклического преобразователя больше в число раз К, равное:

,

.

И при одной и той же тактовой частоте выигрыш в скорости равен .

Однако указанный выигрыш в скорости изменения входного сигнала получается аппаратурными затратами, так как следящий преобразователь нельзя использовать в многоканальном режиме.