11. Интегрирующие ацп. Ацп двойного интегрирования

Интегрирующие АЦП относятся к медленнодействующим преобразователям. Принцип их действия основан на преобразовании аналоговой величины во временной интервал t_X и формировании число-импульсного (единичного) кода путем заполнения этого интервала импульсами опорной частоты f₀. Значение единичного кода определяется соотношением:

N₍₁₎=t_X · f₀.

Число-импульсный код поступает на счетчик, на выходе которого формируется цифровой код. Структурная схема такого АЦП приведена на рис.175, а.

Максимальное время преобразования зависит от разрядности АЦП и определяется следующим образом: Т_пр.мак=f₀ · 2ⁿ, где f₀ – период частоты кварцевого генератора.

Погрешность интегрирующего АЦП определяется, в основном, изменением наклона пилообразного напряжения, которое определяется постоянной времени RC интегратора (генератора пилообразного напряжения). Под воздействием внешних дестабилизирующих факторов, особенно температуры, постоянная времени, а следовательно, и наклон пилообразного напряжения меняется, что приводит к значительным погрешностям преобразования. Поэтому в настоящее время для построения интегрирующих АЦП используют принцип двойного интегрирования.

П ринцип работы АЦП двойного интегрирования заключается в том, что сначала в течение некоторого фиксированного временного интервала Т₁ интегрируется аналоговая преобразуемая величина U_X, а затем интегрируется эталонное (опорное) напряжение противоположной полярности U_ОП. Временной интервал Т₂ пропорционален преобразуемой величине U_X, (рис.176).

Действительно, в течение интервала времени Т₁ напряжение на выходе интегратора изменяется по линейному закону:

, при U_X – const.

В течение интервала времени Т₂ выходное напряжение на выходе интегратора изменяется от U_{ВЫХ.ИНТ.МАХ} до 0, т.е. , при U_ОП – const

Следовательно, ; .

Таким образом, интервал времени Т₂ зависит от постоянной величины Т₁/U_ОП и переменной U_Х и не зависит от параметров интегратора. В этом можно убедиться на графике (рис.177).

Действительно, если изменяется постоянная времени интегратора  то, соответственно, изменяется как скорость возрастания так и скорость уменьшения напряжения на его выходе, при этом временной интервал Т₂ не изменяется.

АЦП двойного интегрирования обеспечивает высокую точность преобразования в условиях промышленных помех в широком интервале температур и широко используется в измерительной технике и автоматизированных системах управления. Например, основу всех мультиметров составляет АЦП двойного интегрирования, выполненный на микросхеме К572ПВ2 или К572ПВ5. ИС практически одинаковые, но первая работает на светодиодные индикаторы, а вторая – на жидкокристаллические индикаторы.

Микросхема К572ПВ2 совместно с источником опорного напряжения, несколькими резисторами и конденсаторами выполняет функции АЦП двойного интегрирования с автоматической установкой нуля ОУ и определением полярности входного сигнала.

Основные технические параметры ИС:

• разрядность – 3,5 десятичных разряда;

• входное сопротивление – 50Мом;

• входное напряжение - 1,999U_оп(в);

• быстродействие – (2-9)Гц;

• потребляемый ток – 1,8 мА;

• напряжение питания – 9в.