Цифровые вольтметры с частотным преобразованием

Данный тип ЦВ, как и предыдущий, относится к приборам интегрирующего типа. Его работа основана на преобразовании измеряемого напряжения U_x в частоту с последующим измерением среднего значения частоты за установленный интервал времени Т₀. При выборе этого интервала кратным периоду помехи среднее значение частоты так же не будет искажаться воздействием помехи.

Преобразование измеряемого напряжения в импульсы, частота следования f_х которых пропорциональна этому напряжению f_х=kU_x, позволяет заменить интегрирование напряжения суммированием числа импульсов за определенный интервал времени.

Из структурной схемы ЦВ рис.19 видно, что его основными узлами служат измерительный преобразователь "напряжение- частота" и цифровой частотомер.

В частотомере вырабатывается стробирующий импульс Т₀ заполняемый импульсами f_х. Счетчик частотомера подсчитывает число импульсов n=f_xT₀, которое соответствует средней частоте следования f_х импульсов преобразователя за время Т₀. Следовательно n=kU_х.

	ВУ		Преобр-ль Uх →fх		Частотомер
			УУ

Рис.19

Преобразователи "напряжение - частота" характеризуются погрешностью и чувствительностью (крутизной) преобразования, пределами преобразуемого напряжения, диапазоном частот и пр. Схемы преобразователей разнообразны и подробно описаны в соответствующей литературе.

Интегральный вариант АЦП данного типа КР1108ПП1 имеет нелинейность преобразования 0,01% и способен работать в режиме преобразования "напряжение-частота" и "частота-напряжение".

Цифровые вольтметры поразрядного уравновешивания

Принцип действия ЦВ заключается в сравнении измеряемого напряжения U_x с рядом образцовых напряжений U_0i, значения которых с помощью цифрового кода меняются по определенному закону. В простейшем случае это может быть ступенчато- изменяющееся напряжение с некоторым шагом (например, U_0i=1мВ).

В момент равенства сравниваемых напряжений, этот код (число) является цифровым эквивалентом измеряемого напряжения U_x.

Известно большое число разновидностей указанного метода. Они отличаются главным образом законом изменения образцовых напряжений U_0i и способом организации ООС. В ЦВ обычно U_0i изменяется по двоично-десятичному коду, а в АЦП – по двоичному, поэтому по окончании цикла сравнения

,

где n- число разрядов кода; q- напряжение, соответствующее единице младшего разряда; - коэффициент, равный 0 или 1 в зависимости от результата сравнения в каждом такте.

Как правило, ЦВ строятся на основе замкнутых систем со сравнением аналоговых величин. Функциональная схема такого ЦВ и диаграмма его работы приведены на рис.20.

ВУ	Ux	СУ		УУ
		U0i	Ni
				Nx
ИОН	U0	ЦАП		УОИ

		0		1	0		1	0		1	Nx= 010101

Напряжение U_х через входное устройство ВУ поступает на один из входов сравнивающего устройства СУ. На другой вход СУ по сигналам устройства управления УУ в соответствии с выбранным кодом с цифро-аналогового преобразователя ЦАП подаются напряжения U_0i с источника образцового напряжения ИОН. Этот процесс продолжается до наступления равенства напряжений U_х= U_0i.

Рассмотрим числовой пример (см. рисунок). Пусть входное напряжение U_х=21мВ, U₀=32мВ, ЦАП – 6- разрядный.

Первый тактовый сигнал УУ приводит схему в исходное состояние и подает на цифровой вход ЦАП число N_х=100000. На выходе ЦАП появляется напряжение U₀₁=32мВ. Это напряжение сравнивается с помощью СУ с измеряемым напряжением U_x. При U_0i>U_x ("много") СУ выдает сигнал логической 1, при U_0i<U_x ("мало")- логический 0.

При поступлении сигнала "1" УУ сбрасывает последний подключенный разряд ЦАП и подключает следующий. При поступлении "0"- последний разряд не сбрасывается и подключается следующий. Процедура получения кода N_х отображена на временной диаграмме.

Выходной сигнал СУ, зафиксированный УУ, является цифровым эквивалентом U_x, который индицируется с помощью устройства отображения информации УОИ.

Погрешности данного типа ЦВ определяются главным образом стабильностью напряжения ИОН, чувствительностью СУ и стабильностью его порога срабатывания, разрядностью и нелинейностью ЦАП.

Существует большое число ИС АЦП поразрядного уравновешивания. Это 12-разрядный КР572ПВ1, 8-разрядный микромощный К572ПВ3, быстродействующий 10-разрядный К1108ПВ1 и другие.