35. Преобразователи напряжения в частоту импульсов

Преобразование аналогового сигнала в частоту импульсов широко применяется в системах автоматики, телемеханики, измерительной тех­нике. Преобразователь размещают непосредственно около контролируе­мой точки, и передача частотного сигнала по линии связи в систему повышает помехоустойчивость как измерителя, так и канала связи.

Основной принцип ПНЧ состоит в интегрировании входного напря­жения до заданного опорного напряжения с последующим быстрым разря­дом конденсатора интегратора через короткозамкнутый ключ. ПНЧ бывают разомкнутого и замкнутого типа. В свою очередь разомкнутые ПНЧ бы­вают трех видов:

• с периодическим интегрированием аналоговой величины. В них часть цикла используется для возврата интегратора в исходное сос­тояние. Это самый простой и наиболее распространенный тип ПНЧ;

• с поочередным интегрированием, в них используются два интегра­тора запускающихся один за другим;

• с переключением направления интегрирования, в которых реверсив­ным переключателем меняется полярность входного напряжения на входе интегратора от цикла к циклу.

36. Цифроаналоговые преобразователи.

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) предназначены для преобра­зования цифровых сигналов в аналоговые и служат для сопряжения цифро­вых устройств с аналоговыми. ЦАП широко используются в системах управ­ления, устройствах связи, автоматике, измерительной технике и т.д.

Принцип работы ЦАП заключается в следующем. Для формирования аналогового сигнала на выходе, однозначно соответствующего входному цифровому коду, аналоговые ключи подключают к выходу ЦАП необходи­мое количество источников тока или напряжения, пропорциональных ве­сам разрядов кода, либо различных по величине калиброванных сопро­тивлений, питающихся от одного источника напряжения. Можно сказать, что собственно преобразованию подвергается опорный аналоговый сигнал, а цифровой сигнал является модулирующим.

Наибольшее распространение получили микроэлектронные ЦАП, кото­рые отличаются высокой стабильностью параметров, дешевизной, малыми размерами и низкой потребляемой мощностью. Их можно разделить на ЦАП с прямым и промежуточным преобразованием.

В преобразователях с промежуточным преобразованием входной код вначале преобразуется в промежуточную величину (длительность или частота следования импульсов), а затем преобразуется в аналоговый выходной сигнал.

Наиболее широко применяются ЦАП с прямым преобразованием парал­лельного типа. В них формируются токи, пропорциональные весам разрядов кола. Затем суммируются те из токов, которые соответствуют еди­ничным разрядам входного тока.

В состав схемы параллельного ЦАП входят источник опорного на­пряжения ИОН, резистивные или активные делители, аналоговые ключи. В качестве делителей применяются матрицы R-2R а матрицы взвешен­ных резисторов (R,2R,4R,8R и т.д.). Суммирование токов производится ОУ. Вместо резистивных делителей иногда используются актив­ные делители тока - транзисторы с согласованными параметрами.

Используя известную форму представления двоичных чисел

запишем операцию, выполняемую в ЦАП, в виде

где - максимальное входное число.

Из выражения следует, что операция преобразования цифровой код-напряжение сводится к суммированию элементарных напряжений

,

которые образуются путем деления эталонного напряжения с по­мощью резистивных делителей с коэффициентом передачи . При этом из операции суммирования исключаются те слагаемые , которые соответствуют нулевым значениям элементов , составляю­щих входное двоичное число ( ).

Этот принцип можно использовать с помощью двух типов схем, отличающихся способами построения резистивных цепей.

Первая схема представляет собой ЦАП с двоично-взвешенными резистивными цепями (с суммированием напряжений). Вторая - с резистивной цепью типа R-2R . В этих схемах при появлении единицы в i-м разряде двоичного числа напряжение проходит через соответствующий замкнутый ключ и резистивную цепь на выход. Различие схем состоит в том, как формируется требуемый коэффициент деления эталон­ного напряжения с помощью матрицы.

Операционные усилители с суммированием токов повышают быстро­действие ЦАП. Учитывая, что входное сопротивление и коэффициент уси­ления ОУ очень велики, можно заключить, что ток в его входной цепи почти не протекает, а все токи через открытые ключи замыкаются на землю через резистор ОС и малое выходное сопротивление ОУ, урав­новешиваясь током , текущим в цепи обратной связи. Поэтому вы­ходное напряжение ЦАП равно

,

т.е. ОУ выполняет операцию суммирования токов, которые определяются значениями сопротивлений в тех разрядах ЦАП, где .

В первой схеме сопротивления выбирают по формуле

Например, при К = 1 и четырехразрядном ЦАП ( n = 4) сопротивление при .

Во второй схеме ток, втекающий в любой узел, делится на две равные части. В этом нетрудно убедится, т.к. приведенное к месту сечения АА’, ВВ', СО' сопротивление части резисторов, отсекаемой в направлении стрелок, равно 2R .

Наиболее распространенными являются ЦАП серий К572ПА1, К572ПА2, К594ПА1 и К1108ПА1.