ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.08.2024
Просмотров: 53
Скачиваний: 0
изменностыо величин сопротивлений за время усредне ния.
Рассмотренный метод был использован для построе
ния точных ПКН. |
|
|
Входной двоичный код |
преобразуется в эквивалент- |
|
ный единичный П — П' = |
П |
|
2 <хг-, представленный |
я-раз- |
|
|
і=і |
которой |
рядной последовательностью, число единиц в |
равно числу П'. Схема делителя для этого случая пока зана на рис. 3-2. Так как в этом коде все разряды име-
п
Рис. 3-2. Реальная схема точного делителя.
ют одинаковые единичные «веса», то и моделирующая матрица состоит из одинаковых эталонных сопротивле ний Ri = l/gi — Ro\ в режиме холостого хода выходное напряжение этой схемы определяется выражением
П
Б 2 HSi
^ВЫХ = |
n |
' |
Е *
1 = 1
В идеальном случае при gi = g 0
где М — число единиц всей п-разрядной комбинации,
64
Втаком случае Данная схема Является управляемым Делителем напряжения в отношении М/п. Значение М задается числом единиц декодируемой кодовой комби* ■нации.
Вреальных Случаях из-за погрешностей эталонных проводимостей Agh деление будет неточным.
Применяя в качестве регистра преобразуемого кода кольцевой сдвигающий регистр, последовательно сдви гают зафиксированный в нем код П'. При такой опера ции содержащиеся в нем единицы будут последователь но проходить, все разрядные позиции преобразуемой
матрицы; при этом выходное напряжение |
усредняется |
за период циркуляции. |
|
Операция усреднения эквивалентна суммированию |
|
ошибок выходного напряжения за период |
циркуляции, |
т. е. за ix тактов. Средняя ошибка выходного напряже ния в этом случае будет равна нулю.
При идеальном усредняющем устройстве этот метод, обеспечивает теоретически точное деление напряжения Е, т. е. точное преобразование «-разрядного единичного кода.
При практическом использовании этот метод не сво боден от погрешностей, в частности погрешностей от изменения сопротивления нагрузки, от неидеальностй ключевых элементов и аналогового усреднения и от изменения температуры.
К недостаткам также следует отнести необходимость использования усредняющих устройств с большой по стоянной времени переходного процесса, что приводит к ограничению быстродействия, т. е. обычно их использо вание ограничено.
Точность работы делителей напряжения зависит также от динамических свойств ключевых элементов, выражающихся в неидентичности переходных процес сов, и увеличивается с уменьшением частоты коммута ции, что приводит к необходимости увеличения постоян ной времени усредняющего устройства.
Первой практической реализацией данного метода для построения высокоточного ПКН с делителем напря жения, имеющим коэффициент деления 1/2, был 16-раз- рядный преобразователь, разработанный В. И. Алексан дриным [Л. 56]. Однако этот преобразователь был очень громоздким, так как в нем использовались механиче ские ключи, из-за чего он обладал малым быстродейст-
5—217 |
65 |
ййем. Дальнейшим развитием данного метода явилбя грубо-точный преобразователь.
В этом случае ПКИ состоит из комбинации, напри мер, 10— 11 младших разрядов, построенных на грубых элементах и точного делителя (0,002—0,004)%, управ ляемого несколькими старшими разрядами преобразу емого кода [Л. 9].
Следует отметить, что, несмотря на очевидные воз можности повышения точности ПКН при использовании данного метода, практическое использование таких ПКН ограничено сравнительно низкими частотными ха рактеристиками, обусловленными необходимостью про ведения операции усреднения.
Следует отметить, что на практике в подавляющем большинстве случаев требуется ПКН на 10 разрядов. Если же число разрядов 'больше 10 и не требуется ма лое время преобразования, то этот метод полезен, одна ко, при одновременном исключении погрешности от из меняющейся нагрузки, от температуры и от сопротивле ний ключей.
3-3. МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ПОГРЕШНОСТЬЮ ОТ ИЗМЕНЕНИЯ НАГРУЗКИ
Как было сказано ранее, одной из наиболее значи тельных составляющих общей погрешности ПКН явля ется погрешность от нагрузки. При постоянной по вели чине нагрузке данная погрешность носит систематиче ский характер, т. е. приводит к изменению масштаба выходного напряжения. При переменной же нагрузке эта погрешность носит случайный характер и не может быть учтена никакими способами, а также ие может быть скомпенсирована.
Приведем пример, который говорит о значительной величине этой погрешности. Обычно выходное сопротив ление ПКН имеет величину порядка #вых=1 ком. Если при этом сопротивление нагрузки ПКН изменяется от ^ні=1,2 ком до І?н2 = 1 ком, то выходное напряжение
ПКН будет вследствие этого меняться от
II
до
U —
ы
F
Кт |
— Е 1,2 |
= 0,505£ |
|
2,2 |
|
RU2 |
—Е 1 |
= 0 ,5 £ . |
Нц2 ^ВЫХ |
с 2 |
|
66
Относительная погрешность выходного напряжения будет при этом
6(7 |
U t-U j |
■Ю0°/0 1 0 / 0' |
(V |
и, |
|
Исходя из современных требований к использованию ПКН в системе, обычно ПКН строится на 10 двоичных разрядах, что соответствует требованию по точности преобразования 0,1%. Если предположить, что на долю погрешности от изменения нагрузки приходится 50%’ О'бщей погрешности, то даже в этом случае требования по стабильности сопротивления нагрузки будут чрезвы чайно жесткими. Величина погрешности от изменения нагрузки определяется из формулы
|
^и.мпп |
3* |
+ R |
пых |
|
|
5= |
^н.макс |
Я н .макс |
|
о- |
|
|
|
|
•МИН + Япызс |
|
|
||
Коэффициент стабильности нагрузки а =>Rп.мігаIRы.макс^* |
||||||
< :!. При і/?ц.міш//?вых=10 и |
6 = 0,05%' величина |
а = 0,99. |
||||
Очевидно, что в подавляющем большинстве |
случаев |
нагрузка ПКН не обладает таким постоянством. Таким образом, одной из наиболее важных проблем, связан ных с использованием ПКН в системах, является сни жение погрешности от нагрузки.
В принципе для снижения этой погрешности необхо димо обеспечить постоянство величины сопротивления нагрузки, что может быть выполнено двумя способами: при использовании системы стабилизации выходного напряжения ПКН; при использовании развязывающих устройств, разделяющих выход ПКН и нагрузку.
На первый взгляд кажется возможным и третий спо соб снижения погрешности, состоящий в снижении выход ного сопротивления ПКН, что ограничено максимально допустимыми значениями токов через переключатели, так как при увеличении этих токов появляются большие погрешности в разрядах ПКН.
Рассмотрим методы снижения погрешности от на грузки при использовании развязывающих устройств. Так как через развязывающее устройство передается выходное напряжение ПКН, то к стабильности коэффи циента передачи развязывающего устройства будут предъявляться требования, соответствующие требова ниям по точности ПКН. Очевидно, что учет этого сооб ражения заставляет отказаться от использования про
5* |
67 |
стейших развязывающих устройств типа катодного или эмиттерного повторителя, так у них не обеспечивается постоянство коэффициента передачи порядка 0,1%.
В качестве развязывающего устройства может быть использован усилитель постоянного тока с глубокой обратной связью.
Однако применение УПТ не дает желаемого эффек та из-за того, что УПТ, нуждаясь в высокостабилизированных источниках питания и в специальных мерах для
Рас. 3-3. Функциональная схема системы стаби лизации.
подстройки нуля и ликвидации дрейфа выходного нап ряжения, усложняет эксплуатацию ПКН и не обеспечи вает высокую точность (0,1%) и стабильность его ра боты.
Для устранения погрешности от нагрузки использу ется замкнутая система стабилизации выходного напря жения ПКН, схема которой приведена на рис. 3-3 [Л. 54].
Основным преимуществом такого способа является отсутствие жестких требований к усилителю постоянно го тока, для питания которого не требуется стабилизи рованных источников, нет необходимости в устранении дрейфа выходного напряжения и не предъявляется осо бых требований к величине и стабильности коэффици ента усиления.
Схема стабилизации выходного напряжения (рис. 3-3) состоит из ПКН, схемы сравнения СС, триг гера Тг, ключа, усилителя постоянного тока УПТ, рабо тающего в режиме интегратора, и переменного резисто ра нагрузки,
6§
На один из входов схемы |
сравнения |
U3T |
подается |
напряжение с выхода ПКН, |
а на другой |
вход |
U (і) — |
напряжение с выхода УЯГ-интегратора.
Важным параметром схемы сравнения является величина входного сопротивления.
Выходы схемы сравнения подаются на логические входы статического триггера Тг, который в каждый данный момент времени отражает состояние входов
схемы сравнения. |
|
|
|
|
|
В зависимости от |
состояния триггера |
напряжение |
|||
UQ через ключ К поступает |
на |
вход |
УЯГ-интегратора, |
||
Резистор нагрузки |
RH ПКН |
подключен |
к выходу |
||
УЯГ-интегратора. |
|
|
|
|
|
Элементом запаздывания |
в |
этой |
схеме |
(рис. 3-3) |
является узел, состоящий из схемы сравнения СС, триг гера Тг и ключа К-
Схема работает следующим образом: преобразова ние начинается при разомкнутом ключе К. При этом на один из входов схемы сравнения поступает напряжение
с выхода ПКН, |
пропорциональное |
преобразуемому |
|
коду. На другой вход схемы сравнения поступает |
вы |
||
ходное напряжение |
УЯГ-интегратора, |
которое в |
этот |
момент времени равно нулю ввиду того, что ключ К разомкнут. Такое состояние схемы сравнения обеспечи вает -замыкание ключа К, после чего на выходе УЯГинтегратора начинает линейно нарастать напряжение.
Когда напряжение УЯГ-интегратора превысит вы ходное напряжение ПКН на величину чувствительности
схемы |
сравнения, последняя сработает и разомкнет |
ключ К |
(через триггер Тг). Размыкание ключа К про |
изойдет с запаздыванием х3 относительно момента пре вышения выходным напряжением' УЯГ-интегратора ве личины выходного напряжения ПКН на величину чув ствительности.
После отключения напряжения U0 от входа УПТ конденсатор С начинает разряжаться на сопротивление нагрузки, разряд будет продолжаться до тех пор, пока разбаланс на входе схемы сравнения не превысит поро га ее чувствительности. После этого с запаздыванием тг3 замыкается ключ К и снова вход УПТ подключается к напряжению Я0.
Таким образом, напряжение на выходе интегратора колеблется в определенных пределах, зависящих от па раметров элементов системы стабилизации,
69