5.1.3. Аналого-цифровой преобразователь с обратной связью

В преобразователе с обратной связью нет необходимости преобразования величины напряжения во временной интервал. Схема такого преобразователя изображена на рис. 5.3а, временная диаграмма работы – на рис. 5.3б.

Тактовым импульсом, поступающим на вход сброса R счетчика и определяющим начало отсчета (преобразования), счетчик переводится в нулевое состояние. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), подключенный к выходам счетчика, преобразует число на выходе счетчика в пропорциональное ему напряжение обратной связи U_ос. Напряжение U_ос поступает на один вход компаратора К, на другой вход которого подается входное (преобразуемое) напряжение U_вх.

Пока U_ос<U_вх, компаратор вырабатывает напряжение высокого уровня (уровень логической 1), открывающее элемент “И”. Импульсы с генератора импульсной последовательности (ГИП) проходят через него на вход счетчика.

а б

Рис. 5.3 АЦП с обратной связью

Каждый поступивший на счетчик импульс увеличивает записанное в нем число на единицу, что вызывает увеличение и напряжения на выходе ЦАП, которое по цепи обратной связи поступает на компаратор, где сравнивается с входным. Напряжение на выходе ЦАП растет ступенчато.

Когда напряжение обратной связи достигнет величины входного, на выходе компаратора появится уровень логического нуля, что приведет к закрытию ключа на элементе “И”. Счет прекращается, число на выходе счетчика с некоторой погрешностью соответствует двоичному коду входного напряжения в измеряемой точке.

Отсутствие в схеме ГЛИН уменьшает аппаратурные погрешности преобразователя по сравнению с АЦП с промежуточным преобразованием во временной интервал.

5.1.4 Аналого-цифровой преобразователь следящего типа

Рассмотренные ранее преобразователи работают в циклическом режиме, на каждом такте выполняя все преобразование, начиная со сброса счетчика в нулевое состояние и подсчета числа импульсов, соответствующих новому его значению. Время одного отсчета не может быть меньше времени подсчета счетчиком максимально возможного количества импульсов. Такая тактика работы преобразователя ограничивает его быстродействие.

В преобразователе с обратной связью следящего типа (рис. 5.4) записанное в счетчике число после преобразования в аналоговый вид в цифро-аналоговом преобразователе сравнивается с входным напряжением. Если U_ос<U_вх, то компаратор устанавливает счетчик в режим суммирования, импульсы, поступающие с ГИП, увеличивают записанное в счетчике число до тех пор, пока напряжение обратной связи не станет больше входного напряжения.

При U_ос>U_вх компаратор вырабатывает напряжение противоположной полярности, счетчик переводится в режим вычитания и записанное в нем число уменьшается, пока не станет меньше входного.

В се происходящие во времени изменения входного напряжения отслеживаются напряжением обратной связи на выходе ЦАП.

Н

Рис. 5.4 АЦП следящего типа

а каждом цикле преобразования счетчик считает не все соответствующие преобразуемому напряжению импульсы, а лишь часть их, пропорционально разности между ранее записанным числом и величиной входного напряжения. Это значительно повышает быстродействие преобразователя.

Для получения значений преобразуемого напряжения в двоичном коде достаточно в необходимые моменты времени (моменты дискретизации) считать с выхода счетчика числа, пропорциональные величине входного напряжения.