Конспект лекции: Аналого-цифровые преобразователи (АЦП): общие сведения

Наиболее широкое распространение получили две группы АЦП:

• - преобразователи напряжения или тока в код;
• - преобразователи угловых или линейных перемещений в код (про-странственные АЦП).

АЦП нашли самостоятельное применение, несмотря на то, что они составляют основу любого цифрового вольтметра, имеющего кодовый выход и достаточное быстродействие. Однако использование цифровых вольтметров экономически и технически нецелесообразно.

В основу АЦП положены различные методы преобразования аналоговой величины в код. Если не требуется высокого быстродействия, то применяются АЦП с двухтактным интегрированием. Однако большинство моделей АЦП основано на кодоимпульсном методе, обеспечивающим высокое быстродействие. Более того, стремление повысить быстродействие кодоимпульсных АЦП привело к замене преобразователей кода в напряжение (ПКН) на преобразователи ко-да в ток (ПКТ).

Рассмотренные кодоимпульсные АЦП являются последовательными, так как процесс уравновешивания в них происходит последовательно во времени в порядке от старших разрядов к младшим. Так как уменьшение времени, необходимого для выполнения одного такта сравнения ограничено, что ограничивает быстродействие, то применяют параллельный метод, в котором сравнение происходит одновременно во всех разрядах. Реализация этого метода требует максимальных аппаратурных затрат: количество устройств сравнения, количество уровней и входов равно числу квантов. В связи с этим такая структура практически приемлема лишь при сравнительно малом числе двоичных разрядов.

При большем количестве разрядов применяют параллельно-последовательные АЦП. В них все двоичные разряды разбиваются на несколько групп. Внутри каждой группы применяется параллельное преобразование, но группа за группой работают последовательно во времени. При этом аппаратур-ные затраты резко сокращаются по сравнению с чисто параллельным методом, а быстродействие уменьшается незначительно.

Для построения пространственных АЦП существует два метода:

• - со счетом квантов;
• - с кодовыми масками.

В первом случае угловое (α) или линейное (l) перемещение преобразуется в пропорциональное количество импульсов, т.е. единичный код, выражающий значение (α) или (l) и поступающий на счетчик импульсов. На выходе счетчика образуется код, зависящий от его схемы (обычно применяются двоичные счетчики). Простейший вариант преобразователя (l) в (N) показан на рисунке:

Металлическая пластинка 1 с изолированными участками 2 перемещается относительно прижатых контактов 3 и 4. Источник ЭДС Е и два резистора R₁ и R₂ образуют делитель напряжения.

Если контакт 3 расположен на изоляционном участке, то на выходе образуется напряжение . Если же контакт 3 находится на проводящем участке, то R₂, будет замкнут накоротко и, следовательно, U=0. При перемещении пластинки на некоторое расстояние l относительно начального положения на выходе образуются импульсы прямоугольной формы, количество которых выражает значение l, т.е. l = qN.

Аналого-цифровые преобразователи со счетом квантов могут работать либо в циклическом режиме, либо в режиме непрерывного реверсивного счета. В первом случае для получения каждого нового результата перемещение должно происходить, начиная с исходного положения, принимаемого за начало отсчета. Во втором случае не требуется возвращений к исходному положению, и это является преимуществом, но оно достигается усложнением АЦП: требуется реверсивный счетчик и устройство, распознающее направление движения.

На рисунке показан второй вариант построения АЦП с кодовой маской:

Здесь положение l пластинки-маски относительно группы контактов непосред-ственно преобразуется в параллельный 4 – разрядный двоичный код, который выражает уровни напряжений U₁-U₄.

Маска содержит горизонтальные дорожки, соответствующие двоичным разрядам с чередующимися проводящими и изолированными участками. Если контакт оказался на изолированном участке, то на его соответствующем выходе образуется напряжение , где U_i = любое из четырех напряжений U₁-U₄. Если же контакт оказался на проводящем участке, то U=0 (логический "0").

Следует отметить, что АЦП отличаются от цифровых вольтметров и по схематическим параметрам:

• - отсутствуют входные устройства;
• - отсутствует ЦОУ;
• - счетчик импульсов – двоичный.

Внимание! Каждый электронный конспект лекций является интеллектуальной собственностью своего автора и опубликован на сайте исключительно в ознакомительных целях.