Файл: Клебанский Р.Б. Преобразователи кода в напряжение.pdf

іервала времени перед поступлением очередного пре­

образуемого кода, поэтому для обеспечения постоянного напряжения на выходе в течение всего цикла преобра­ зования необходима схема выборки — хранения.

Последовательные ПКН обычно действуют с такто­ вой частотой входного сигнала. Другими словами, работа преобразователя синхронизируется с последовательным двоичным кодом (П), который подается непосредствен­ но в преобразователь начиная с младшего разряда. Это дает возможность обойтись без входного буферного ка­ скада.

Кроме того, последовательный ПКН удобен для мно­ гоканальной работы, так как имеет одиопроводные входной и выходной сигналы. Для подключения ко вхо­ ду 12-разрядного ПКН последовательного действия де­ сяти последовательных входных сигналов требуется только один десятипозиционный ключ, тогда как для той же операции в ПКН параллельного действия необходим 12-контактный десятипозиционный ключ. Рассмотрим некоторые разновидности преобразователей последова­ тельного действия.

а] ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ШЕННОНА—РЕКА

Наиболее простым по своему схемному решению яв­ ляется преобразователь Шеннона—Река, принцип дейст­ вия которого основан на заряде конденсатора С в тече­

ловины каждого такто­ вого периода t{3 открывается ключ Кі и конденсатор С раз­ ряжается через резистор#. Величина сопротивления под­ бирается таким образом, чтобы напряжение на конденса-

10

торе к концу лериода разряда уменьшилось бы вдвое. По­ сле окончания цикла преобразования, т. с. после поступ­ ления всех п разрядов входного кода, в течение первой половины Г(П+у открывается ключ К2 и на выходе устрой­ ства получается напряжение, эквивалентное входному ходу. В течение второй половины 7Ѵн) периода замы­ кается ключ Кз и конденсатор С разряжается до нуля.

Для иллюстрации работы преобразователя Шеннона— Река рас­ смотрим следующий пример: на вход преобразователя подается по­ следовательный двоичный код числа 43— 00101011. В этом случае число разрядов /і= 8 . На рис. 1-3 представлена зависимость последо-

Рис. 1-3. Зависимость входного сигнала и напряжения на конденсаторе от времени t и тактовой частоты f c.

вательного входного сигнала и напряжения на конденсаторе от вре­

то конденсатор заряжается до величины 3£/эт/2 в течение первой половины Г2 и разряжается до 3£/Эт/4 в течение второй его полови­

второй половины. В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично. При поступлении всех восьми разрядов кода устанавли­ вается напряжение 43/256 £/от, пропорциональное входному двоично­ му коду. Числитель полученной, дроби является десятичным эквива­ лентом последовательного кода. При этом вырабатывается синхро­ низирующий импульс То, в течение первой половины которого

И

ряд конденсатора до нуля, после чего схема готова к приему очеред­ ного кода.

Несмотря на простоту схемного решения преобразова­ тель Шеннона—Река не имел широкого применения при выполнении схем на линиях задержки и вакуумных при­ борах из-за весьма низкой точности преобразования. Современные преобразователи, построенные на транзи­ сторах и усилителях с высоким сопротивлением и малым уровнем дрейфа, обеспечивают точность 0,1 %'.

Однако для поддержания такой точности при измене­ ниях температуры необходимо термостатирование, так как трудно получить конденсаторы с низким температур­ ным коэффициентом.

б| ПРЕОБАЗОВАТЕЛЬ ВЫБОРКИ — ХРАНЕНИЯ

Одним из типов преобразователей последовательного действия является преобразователь выборки—хранения (рис. 1-4), который состоит из двух схем выборки—хра-

Рис. 1-4. Схема преобразователя выборки— хранения.

нения СВХі и СВХ2 . Работа этих схем идентична. Выход СВХ1 соединен со входом CBXz, выход которой соединен

петлей обратной связи со входом СВХі.

На вход преобразователя поступает п-разрядный последовательный двоичный код, начиная с младшего разряда. При. поступлении в і'-м разряде единицы кода , открывается ключ Кі и эталонное напряжение £/эт по­ ступает на вход СВХі, в которой в течение первой поло­ вины тактового периода Ut открывается ключ К2 и на суммирующем усилителе Уі эталонное напряжение U3T

12

складывается с выходным напряжением второй схемы выборки—хранения и умножается на масштабный коэф­ фициент Ѵг. При этом на конденсаторе Сі устанавливает­ ся напряжение

ип = ^[Ѵ*ч + и»лг^)\.

Выработанное напряжение Ui СВХі подается на вход второй схемы выборки—хранения.

В течение второй половины тактового периода t. ключ

Кі закрыт, а ключ Кз открыт и напряжение Ui поступа­ ет на вход второго решающего усилителя Масштаб­ ный коэффициент второго усилителя равен единице, сле­ довательно, на выходе второй схемы выборки—хранения установится напряжение

U2=Ui.

При поступлении в і-м разряде кода нуля ключ Кі остается закрытым, поэтому на конденсаторе Сі СВХі устанавливается напряжение

г/,* = 4 - ^ - » .

которое запоминается на СВХ„ в течение второй поло­ вины тактового периода tl .

В течение времени Тп+1 тактового периода открыва­ ется ключ Кі и выработанное напряжение, эквивалент­ ное входному коду, поступает на выход устройства.

На рис. 1-5 представлена временная диаграмма работы преобра­ зователя, когда на вход его поступает последовательный двоичный код числа 000000101011 (43) младшим разрядом вперед.

При поступлении первой единицы в течение первого полупериода на конденсаторе С , устанавливается напряжение

' Г/|‘> = 1/2 (0 + U„) =

а в течение второго полупериода tl

I/O)---L rj

и 2 — 2 (-'эт'

При поступлении следующей единицы образуется напряжение

13

которое в течение второго полуперпода запоминается на С г

которое запоминается иа Сз, и т. д.

После окончания 12-го тактового периода иа конденсаторе уста­ навливается напряжение

—4 096

Втечение 13-го тактового периода открывается ключ Kz и напряжение, эквивалентное пребразуемому коду, подается на выход.

как они присоединяются непосредственно к суммирующей точке операционного усилителя, и в случае несоблюдения этого требования возможно искажение величины заряда конденсаторов Сі и С%.

Рис. 1-5. Временная диаграмма работы преобразователя выборки — хранения.

14

Для обеспечения достаточно большой точности ПКН необходимо, чтобы тактовый период был в 10 раз боль­ ше .постоянной времени заряда конденсаторов Сі и Сг. Другими словами, если для заряда конденсатора отводит­ ся 10 мксек, постоянная времени заряда должна быть около 1 мксек. Поэтому «а крутизну характеристики операционного усилителя и на величины R и С наклады­ ваются строгие ограничения. Для принятой постоянной времени, например Д = 10 ком, С =100 пф (см. рис. 1-4), крутизна характеристики усилителя должна быть около 6 в/мксек, что является жестким требованием для боль­ шинства операционных усилителей. В этом случае вели­ чина R приемлема, но величина С слишком мала и для обеспечения .необходимой крутизны характеристики уси­ лителя должно быть .принято компромиссное решение. Простейшим является уменьшение скорости преобразо­

ния перед преобразователем Шеннона — Река является то, что точность преобразователя не зависит от величины и стабильности конденсаторов.

в.) ЗАРЯДНО-УРАВНОВЕШИВАЮЩИЙ ПКН

Принцип действия зарядно-уравновешивающего пре­ образователя основан на уравновешивании зарядов параллельно соединенных заряженного и незаряженно­ го конденсаторов, одинаковых по величине. При этом заряды на конденсаторах будут равны половине перво­ начального заряда первого конденсатора (рис. 1-6).

Вход

Рис. 1-6. Схема зарядно-уравновешиваю­ щего преобразователя.

15

Схема работает следующим образом. В течение .пер­ вой половины каж дого.і-го тактового периода при поступлении кода единицы открывается ключ Кі и кон­ денсатор С1 заряжается до напряжения U3T от источника

эталонного напряжения. В течение второй половины каждого тактового периода ключ Кі закрывается, а ключ Кг открывается. При этом происходит перераспределе­ ние и уравновешивание зарядов на конденсаторах Сі и

В преобразователе предусмотрен (гг+1)-й тактовый период для подготовки преобразователя к приему сле­ дующего кода. В течение первой половины (я+1)-го периода замыкается ключ Кз и производится выдача напряжения, а в течение второй половины f(n+i), замы­ каются ключи Кг, Кі, и конденсаторы Сі и С2 разряжа­ ются до нуля.

Ключи могут быть выполнены на полевых транзисто­ рах и могут переключать напряжение в пределах от 0 до 10 в. Они характеризуются малыми утечками в разомкну­ том состоянии и весьма малой проходной емкостью.

Величина сопротивления ключа в открытом состоянии определяет скорость заряда и разряда соответсгвующиХр конденсаторов.

Следует отметить, что несмотря на небольшое быстро­ действие эти преобразователи отличает простота, неболь­ шое количество деталей и небольшая стоимость.

16