Лабораторна робота № 9. Аналогo-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі

Аналогo-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі. АЦП прямого п еретворення.

Мета: Вивчити алгоритми роботи АЦП прямого перетворення.

Програмне забезпечення: програмне забезпечення комп'ютерного моделювання електронних схем (програма Electronic Workbench).

Основні теоретичні відомості

АЦП прямого перетворення є найбільш простими і часто вбудовуються безпосередньо в датчики. Розглянемо як приклад перетворювач постійного позитивного напруги в частоту (рис. 9.1, а).

Мал.9.1. АЦП прямого перетворення (а) і осцилограми сигналів на виході інтегратора (В) і компаратора (А) (б)

АЦП виконаний на двох ОУ, підсилювач OU1 включений в режимі інтегратора, а підсилювач OU2 - в режимі регенеративного компаратора з гістерезисом. Коли вихідна напруга компаратора Uf має максимальне позитивне значення Ui, діод VD зміщений у зворотному напрямку і напруга Us на виході OU1 (див. осцилограми на рис. 9.1, б) зменшується по лінійному закону зі швидкістю, яка визначається амплітудою вхідного позитивного сигналу Ui, до тих пір, поки не досягне значення UiRl/R2. В цей момент компаратор перемикається в інший стан, при якому напруга на його виході дорівнює максимальному від'ємного значення Us, діод VD відкривається і вихідна напруга інтегратора швидко наростає до значення U2R1/R2. При цьому компаратор повертається в первинний стан і цикл повторюється.

Так як час наростання вихідної напруги інтегратора значно менше часу спаду, яке обернено пропорційно амплітуді вхідного сигналу, частота циклів повторення F буде прямо пропорційна вхідному напрузі. Нехтуючи власним часом перемикання компаратора, можна записати наступний вираз для частоти вихідних імпульсів:

(9.1)

Насправді розмах напруги Us на виході OU1 дещо більше величини (R1/R2) (U1-U2) через відмінний від нуля значення часу перемикання компаратора, а частота відповідно менше значення, що визначається виразом (9.2), причому ця розбіжність буде особливо значним при великих амплітудах вхідного сигналу.

З вказаними на рис. 9.4, а номіналами елементів схема повинна забезпечувати лінійність перетворення не гірше ± 1% в діапазоні зміни вхідної напруги 20 мВ... 10 В, при цьому частота вихідних імпульсів F повинна змінюватися від 20 Гц до 10 кГц.