Ацп постоянное напряжение-частота.

В качестве входной величины будем рассматривать, как и ранее, постоянное напряжение, выходной - частоту. Поскольку измерение частоты проводится точнее, а преобразование ее в цифровую форму осуществляется легче, чем любой другой величины, в измерительной технике имеется тенденция сведения измерения физических величин к измерению частоты.

АЦП частотного преобразования строятся так, что на выходе мы имеем среднее значение частоты за некоторый установленный интервал времени. Другими словами, в АЦП этого типа реализован еще одни вариант интегрального метода преобразования.

Входное напряжение должно преобразовываться в частоту так, чтобы зависимость между ними была линейной, т. е. . Если напряжение на входе преобразователя будет постоянным, постоянной остается и частота , за какой бы промежуток времени мы ее не усредняли. При этих условиях в случаях наложения на периодической симметричной помехи (например, ) среднее значение частоты за период напряжения помехи будет равно

(5.27)

и . (5.28)

Упрощенная структурная схема преобразователя показана на рис. 5.14. АЦП работает следующим образом.

Рис. 5.14 Схема преобразователя

На ввод интегратора поступает входное напряжение отрицательной полярности - . На выходе интегратора напряжение будет возрастать прямо пропорционально абсолютному значению входного напряжения. Когда напряжение на выходе интегратора, поступающее на устройство сравнения, достигнет порогового уровня устройство сравнения вырабатывает импульс, поступающий на выход преобразователя. Одновременно этот импульс поступает в цепь обратной связи - на вход формирователя импульса восстановления начального уровня. Формирователем создается одиночный импульс полярности, противоположной полярности входного импульса, и такой амплитуды и длительности , что при его поступлении на вход интегратора полностью разряжается конденсатор интегратора. Напряжение на выходе интегратора также падает до нулевого уровня. Таким образом, завершается полный цикл работы преобразователя, после чего все процессы повторяются.

На выходе преобразователя создается последовательность им­пульсов, средняя частота повторения которых будет линейно зависеть от входного напряжения .

Приравнивая количество электричества заряда и разряда, получаем

. 5.29

Поскольку , можно записать

. (5.30)

Обозначив число импульсов, поступающих на выход за некоторый калиброванный промежуток времени через m, получаем уравнение преобразования

, (5.31)

где а - постоянная величина.

Как следует из предыдущего рассмотрения, и m являются средними величинами за цикл преобразования.

Из (5.30) и рассмотрения работы АЦП запишем реализацию относительных погрешностей преобразования

. (5.32)

Здесь и - погрешности, обусловленные определением и нестабильностью сопротивлений резисторов и ; и - погрешности, связанные с амплитудой и длительностью импульса формирователя; - погрешность, обусловленная порогом сраба­тывания устройства сравнения; - погрешность дискретности.

Общая погрешность определяется в основном погрешностью, обусловленной нестабильностью параметров, и составляет 0,01 % и меньше, однако время измерения значительно и достигает 0,1 с.

АЦП с частотным преобразованием применяются в серийных цифровых вольтметрах, например B7-18, В7-23 и др.