Конспект лекции: Времяимпульсный цифровой вольтметр с двухтактным интегрированием
Структурная схема данного вольтметра и временная диаграмма сигнала представлены на рисунке:
Принцип действия:
В начальный момент Т1, Т2, Т3, находятся в состоянии «0». Управляемый инверсным выходом Т2 ключ К3 замкнут следовательно вход и выход ОУ имеют одинаковый потенциал. Ключи К1 и К2 разомкнуты. Счетный вход Ст заперт сигналом «0» триггера Т2. Поэтому в Ст хранится предыдущий результат. Сигналом ПУСК начинается первый такт интегрирования. При этом Ст сбрасывается в «0», а после задержки одновибратором S устанавливаются в состояние «1» Т1 и Т2 . Замыкается К1, размыкается К3 и отпирается счетный вход Ст., который начинает считать импульсы генератора G. Интегратор начинает интегрировать Uвх с постоянной времени RC. Время первого такта постоянно и обуславливается степенью подавления периодической помехи.
В момент t2 U2=Uc и на выходе УС появится импульс, которым Т2 и Т3 устанавливаются в состояние «0». При этом запирается Ст, размыкается К2 и замыкается К3. схема возвращается в исходное состояние.
За время интегрирования от t1 до t2 напряжение на выходе ОУ изменяется по формуле:
Число импульсов поступающих на Ст. за 2-й такт:
Если Uc=0, можно получить, что:
АЦП с двухтактным интегрированием обладает помехозащищенностью, обусловленной сглаживанием высоких наводок, шумов, помех. Наиболее сильной является сетевая помеха = 50 Гц. Для ее удаления время интегрирования делают равным или кратным периоду сетевой помехи.
Проектирование:
1) разбитие диапазона на несколько поддиапазонов (1/10);
2) выбирается основной диапазон, в котором будет происходить измерение входного сигнала (без усиления и ослабления).
3) необходимая степень подавления периодической помехи f=50 Гц определяется из выражения:
tи – интервал интегрирования (tи= t’).
fп – частота помехи (1/Тп).
Из данного выражения видно, при tи= t’=Тп степень подавления помехи равна бесконечности. Однако нестабильность частоты и времени интегрирования позволяют рассчитать Д, которая будут удовлетворять условию f=50 Гц±1% и tи=20 мсек.
Чтобы повысить степень подавления периодической помехи в приборе вводится устройство синхронизации интервала tи с изменяющимся периодом Тп.
4) постоянная времени берется равной t’=RC=τ, из допущения, что за время 1-го такта интегрирования напряжение достигает max значения основного поддиапазона.
5) относительная погрешность от нелинейности интегратора определяется:
Ку – коэффициент усиления ОУ (усилителя).
Эта погрешность равна нулю при t’- t’’=0.
Можно принять, что t’=t’’ при Uo=Ux max. Максимальная длительность обоих тактов t’+t’’ - это время одного измерения.
6) Расчет погрешности. Аддитивная составляющая определяется погрешностью дискретности. Мультипликативная включает:
δ (Uo) – относительная погрешность нестабильности источника опорного напряжения;
δ (н) – относительная погрешность нелинейности интегратора;
δ (кл) – относительная погрешность, вызванная нестабильностью ключей К1 и К2;
δ (др) – относительная погрешность, вызванная дрейфом нуля УС и INT;
δ (дел.) – относительная погрешность, вызванная нестабильностью коэффициента деления входного делителя.
Т.к. эти погрешности независимы, то:
Для упрощения расчета принимают, что они равны, тогда
7) из предыдущих формул считают δ(н). Принимают, что δ(н) соответствуют середине основного диапазона, когда Ux1=0,5Ux max. При этом t1=0,5 t. Из формулы:
определяют
8) при расчете интегратора выбирается R интегратора, которое должно быть на 2-3 порядка меньше Rвх ОУ и рассчитывается С.
9) определяются параметры для построения G и Ст. Они определяются из заданной погрешности дискретности.
Внимание! Каждый электронный конспект лекций является интеллектуальной собственностью своего автора и опубликован на сайте исключительно в ознакомительных целях.