11.3. АЦП прямого преобразования

АЦП прямого преобразования являются наиболее простыми и часто встраиваются непосредственно в датчики. Рассмотрим в качестве примера преобразователь постоянного положительного напряжения в частоту (рис. 11.4, а).

АЦП выполнен на двух ОУ, усилитель OU1 включен в режиме интегратора, а усилитель OU2 — в режиме регенеративного компаратора с гистерезисом. Когда выходное напряжение компаратора Uf имеет максимальное положительное значение Ui, диод VD смещен в обратном направлении и напряжение Us на выходе OU1 (см. осциллограммы на рис. 11.4, б) уменьшается по линейному закону со скоростью, определяемой амплитудой входного положительного сигнала Ui, до тех пор, пока не достигнет значения UiRl/R2. В этот момент компаратор переключается в другое состояние, при котором напряжение на его выходе равно максимальному отрицатель ному значению Us, диод VD открывается и выходное напряжение интегратора быстро нарастает до значения U2R1/R2. При этом компаратор возвращается в первоначальное состояние и цикл повторяется.

Так как время нарастания выходного напряжения интегратора значительно меньше времени спада, которое обратно пропорционально амплитуде входного сигнала, частота циклов повторения F будет прямо пропорциональна входному напряжению. Пренебрегая собственным временем переключения компаратора, можно записать следующее выражение для частоты выходных импульсов:

(11.2)

На самом деле размах напряжения Us на выходе OU1 несколько больше величины (R1/R2)(U1-U2) из-за отличного от нуля значения времени переключения компаратора, а частота соответственно меньше значения, определяемого выражением (11.2), причем это расхождение будет особенно значительным при больших амплитудах входного сигнала.

С указанными на рис. 11.4, а номиналами элементов схема должна обеспечивать линейность преобразования не хуже ±1% в диапазоне изменения входных напряжений 20 мВ...10 В, при этом частота выходных импульсов F должна изменяться от 20 Гц до 10 кГц [25].

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое АЦП прямого преобразования, в каких устройствах его целесообразно применять?

2. Проверьте работоспособность схемы на рис. 11.4, а и исследуйте зависимость частоты выходного сигнала от входного напряжения в диапазоне 20 мВ...10 В. Проверьте справедливость формулы (11.2).