Преобразователи действующего значения ПДЗ

термопреобразователь ТП, операционный усилитель ОУ. Е – ЭДС.

Такие ПДЗ эффективны при измерении напряжений с большим количеством гармонических составляющих. Но быстродействие из-за инерционности термопреобразователей низкое.

АЦП и ЦАП

Цифроаналоговые преобразователи предназначены для преобразования цифровых сигналов в квантованную аналоговую величину.

У ЦАП есть n входов (где n – количество разрядов входного кода) и один аналоговый выход. Входной код бывает разным - двоичным, двоично-десятичным…

ЦАП работает следующим образом: если входной код максимален, то U_вых = max = E₀ (где E₀ – напряжение источника питания). А если входной код минимален, то U_вых = 0. Чем больше входной код, тем больше выходное напряжение.

ЦАП состоит из источника питания E₀ , резисторов R₁ … R_n и управляемых разрядами входного кода ключей SA.

Схема, эквивалентная принципиальной:

g_AB – общая проводимость резисторов, подключенных ключами SA к шине В; g_AC – общая проводимость резисторов, подключенных ключами к шине C.

Напряжение источника питания E₀ в итоге делится в зависимости от g_AB :

,

k_i – коэффициент, зависящий от того, подключен ли резистор к шине В или нет. k= 0 или 1

Аналого-цифровые преобразователи преобразуют входное аналоговое напряжение в цифровой код. У АЦП есть один аналоговый вход, n выходов (где n – число разрядов выходного кода), управление Старт(вход) и Стоп(выход).

Чем больше входное напряжение тем больше выходной код. (в пределах от 0 до Е_0­)

Существуют различные АЦП.

Развертывающий АЦП

Сначала ожидание прихода импульса Старт, затем обнуляется счетчик импульсов Сч и взводится триггер Т. Единица с выхода триггера Т замыкает ключ Кл, импульсы с генератора Г начинают поступать на счетный вход счетчика. Увеличивается напряжение U­_цап (так как код на выходе счетчика возрастает). Когда U­_цап сравняется с U­_вх , схема сравнения СС сформирует сигнал, после которого произойдет запись текущий кода с выхода счетчика в регистр памяти РП . Это и будет выходной код. Также произойдет сброс триггера. Ключ Кл размыкается, преобразование окончено.

Время преобразования зависит от уровня входного сигнала. Максимальное время преобразования t_{np max} =T₀ (2ⁿ – 1) (где Т₀ – период импульсов генератора; n – разрядность АЦП).

Недостаток – мало быстродействие – каждое преобразование начинается с нуля.

Следящий АЦП

Схема сравнения СС управляет пропуском тактовых импульсов с генератора Г на суммирующий или вычитающий входы счетчика РС (при помощи ключей Кл1 и Кл2). Критерий управления – текущее соотношение U_цап и U_вх. Если U_цап больше U_вх то пропускаются импульсов на суммирующий вход РС. Иначе импульсы поступают на вычитающий вход РС. Когда указанные величины сравниваются, размыкаются оба ключа.

Такой АЦП уменьшает время преобразования по сравнению с развертывающим АЦП, т.к. не начинает всегда с нуля, а «следит» за входным сигналом.

АЦП поразрядного уравновешивания

Преобразования начинается после импульса Старт. Запускается генератор импульсов Г. Он тактирует перемещение единицы по сдвиговому регистру СР от старшего разряда к младшему.

Эта единица из регистра через логический ключ Кл записывается в выходной регистр памяти РП, если при этом U_вх > U_цап . Если же входное наоборот меньше, то в данный разряд записывается логический 0. Управление записью 0 и 1 реализуется схемой сравнения СС. Так оказывается сформирован цифровой код на выходе АЦП.

Этот АЦП имееет высокое быстродействие. Для него максимальное время преобразования = T₀ n.

Чем выше разрядность АЦП тем выше его точность, т.к. погрешность АЦП в основном зависит от погрешности дискретизации. Но следует учитывать, что при этом снижается быстродействие. Реально следует выбирать n = 10 .. 12, что соответствует времени преобразования единицы и десятки мкс.