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

точности преобразования. Принцип работы схемы таков: если в данном разряде код 1, то ключ Кі открыт и ток источника /г участвует в создании выходного напряже­ ния. Этот ток, протекая по сопротивлениям, создает падение напряжения, которое передается на выход схе­ мы с коэффициентом, соответствующим «весу» данного разряда. Если в данном разряде 0 — ключ К і закрыт

Рис. 1-12. Схема ПКИ с суммированием токов на матрице.

и ток /,■ не участвует в создании выходного напряжения. Нагрузка для любого источника тока одинакова и равна 2/зЯ. Для доказательства этого строятся эквивалентные схемы для различных источников тока аналогично схе­ мам со стабилизацией напряжения. Посредством после­ довательного и параллельного подключения сопротивле­ ний к выходному сопротивлению схемы можно изменять масштаб выходного напряжения, однако для правильной работы схемы необходимо, чтобы сопротивление край­ него каскада было постоянным и равным R [Л. 7].

Выходное сопротивление схемы R n u ^ R . Выходное напряжение с учетом сопротивления нагрузки равно [Л. 40]:

где п — число разрядов; I —-ток стабилизатора.

26

Схема, изображенная «а рис. 1-10, по сравнению со ступенчатой схемой более проста, содержит меньше сопротивлений. Достоинством второй схемы является ис­ пользование только двух номиналов сопротивлений. В рас­ смотренных схемах (см. рис. 1-10, 1-12) в качестве источ­ ников разрядных токов применяются токовые стабили­ заторы.

Для точного преобразования кодов в напряжение необходимым условием является применение источников тока с большим внутреннием сопротивлением, а также стабильность токов и сопротивлений. Подключение токов стабилизаторов к разрядам преобразователя в настоящее время, как правило, осуществляется диодными ключами (рис. 1-12).

Управление ключом, состоящим из диодов Ді и Дг, осуществляется разрядным триггером регистра преобра­

Преобразователи кода в напряжение со стабили­ заторами тока обладают ценным свойством, заключаю­ щимся в том, что в процессе начальной регулировки схемы могут быть учтены отклонения сопротивлений от номинальных значений последовательной поразрядной установкой значений разрядных токов путем фиксации требуемого значения тока по необходимой величине вы­ ходного напряжения. Это объясняется линейностью схе­ мы и независимостью тока любого разряда от токов соседних разрядов. Погрешность может вызываться не­ стабильностью сопротивлений и токов. Большим досто­ инством данного типа преобразователя является высо­ кое быстродействие. Напряжение на выходе преобразо­ вателя устанавливается практически мгновенно после записи кода на входном триггерном регистре. Это объяс­ няется тем, что производится не включение и выключе­ ние разрядных токов, а переключение постоянно вклю­ ченного тока из одной цепи в другую, каждая из которых не содержит реактивных элементов. Несмотря на то что ПК.Н со стабилизаторами тока являются весьма быстро­ действующими и точными, в некоторых случаях поддер­ жание стабильности токов стабилизаторов каждого раз­ ряда вызывает определенные трудности и приводит к усложнению схем источников тока.

27

Отметим, что при разработке ПКН как со стабилиза­ торами тока, так и со стабилизатором напряжения отда­

Рис. 1-13. Принципиальная схема ПКН с УП.Т (а ); схема ПКН с УПТ с изменен­ ной последовательностью резисторов и пе­ реключателей (б ).

28

Ся широкий диапазон номиналов сопротивлений резис­

торов матрицы, что приводит к непостоянству разрядной нагрузки для эталонного источника. Переключатели всех разрядов должны быть рассчитаны на разные токи пере­ ключения.

В преобразователях со стабилизаторами тока в схеме со «взвешенными» сопротивлениями следует отметить большую разницу в нагрузках для стабилизаторов то­ ка, что затрудняет получение одинаковых по величине токов.

В связи с тем, что одним из основных требований, предъявляемых к ППКН, является малое выходное со­ противление, .получают распространение ППКН, исполь­ зующие на выходе усилитель постоянного тока (УПТ) с глубокой отрицательной обратной связью. Как извест­ но, такой усилитель обладает большим входным и ма­ лым выходным сопротивлением и эти его свойства обес­ печивают развязку выхода ПКН от нагрузки. Однако наряду с преимуществами ППКН е усилителем обладают

грешности ППКН.

Если преобразователь должен обеспечивать точность ±0,05% во всем диапазоне изменения температуры, то необходимо, чтобы погрешность усилителя не превышала 0,01%'. Даже для наиболее высококачественных уси­ лителей эти жесткие требования не выполняются.

изображена на рис. 1-13,а [Л. 68].

Входные напряжения преобразуются матрицей рези­ сторов в токи различной величины, вырабатываемые в различных разрядах, эти токи суммируются в опера­ ционном усилителе. Качество ПКН определяется быстро­ действием переключателей, наводками в резисторах и задержкой суммирующего усилителя.

В описанном выше ППКН матрица резисторов рас­ положена между переключателями и операционным уси­ лителем. Здесь следует отметить, что:

1) при коммутации больших напряжений через пере ключатели они должны управляться высокими потенциа­ лами, что усложняет схему и снижает быстродействие;

29

2) протекающий через резистор ток представляет собой функцию входного цифрового кода. Ввиду наличия в резисторах паразитных емкостей и индуктивностей

вних происходит задержка тока;

3)для достижения 'высокой скорости преобразования величины сопротивлений матрицы должны быть малыми. В то же время для получения максимальной точности сопротивления должны быть большими для того, чтобы не нагружать переключатели.

Все эти факторы снижают качество преобразования. Существует схема, свободная от этих недостатков. В этой

схеме изменена последовательность соединения резисто­ ров и переключателей, причем в этом случае изменяются лишь схемные требования к переключателям, а принцип действия ППКН остается прежним.

В схеме, изображенной на рис. 1-13,а, резисторы подключаются соответствующими переключателями либо к источнику эталонного напряжения, либо к «земле». Если переключатель расположен между резистором и усилителем, как показано на рис. 1-13,6, он должен передавать ток либо к суммирующей точке усилителя, либо к '«земле». В этом случае переключатель работает как токоуправляющая схема.

Величины сопротивлений в матрице могут быть как угодно большими, и паразитная емкость и индуктивность не влияют на динамические характеристики ППКН.

При сравнительно большой достижимой величине сопротивления матрицы нет необходимости использовать переключатели с очень малым сопротивлением в откры­ том состоянии. Единственным фактором, ограничиваю­ щим величину проволочных сопротивлений матрицы, является габаритный размер сопротивлений, пропорцио­ нальный их величинам. При величине сопротивлений матрицы 25—50 ком переключатель, сопротивление кото­ рого в открытом состоянии равно 75 ом, вносит погреш­ ность линейности 0,03%. Она легко может быть ском­ пенсирована малым компенсационным сопротивлением, включенным последовательно с сопротивлением обрат­ ной связи.

Однако необходимо учесть, что величины сопротивле­ ний матрицы не могут быть увеличены бесконечно, так как чем больше величины этих сопротивлений, тем мень­ ший ток течет через усилитель и больший эффект приоб­ ретают смещение усилителя и утечки в переключателях.

30

1-4. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

В преобразователях такого типа входной цифровой сигнал преобразуется в промежуточный, который впо­ следствии преобразуется в .напряжение. К ним относятся широтно-импульсный и число-импульсный преобразова­ тели. Эти преобразователи характеризуются сравнитель­ но небольшим объемом оборудования и низкой скоро­ стью преобразования [Л. 67].

Промежуточные сигналы могут быть выработаны из цифровых сигналов н легко преобразованы в постоянный ток или напряжение, однако полученную при промежу­ точном преобразовании информацию нельзя считывать немедленно, а лишь после процесса усреднения, что является недостатком широтно-импульсного и число-им­ пульсного преобразования.

Из структурной схемы, изображенной на рис. 1-14, видно, что простейший ПКН непрямого действия можно разделить на две основные части: цифровую Ц, которая

преобразует входной цифровой сигнал в промежуточный, и аналоговую А, преобразующую промежуточный сиг­ нал в постоянное напряжение. В широтно-импульсных преобразователях в качестве цифровой схемы исполь­ зуется реверсивный счетчик, работающий на вычитание. В счетчик вводят цифровой код Я и, уменьіиая содер­ жимое счетчика до нуля путем подачи на его вход им­ пульсов с частотой f, вырабатывают временной интер­ вал, длительность которого пропорциональна преобра­ зуемому коду.

31

В преобразователях число-импульсного типа в цифро­ вой части вырабатывается последовательность импуль­ сов, число которых в течение постоянного временного интервала Т прямо пропорционально входному коду П. Переключатель Пк используется для подключения источника эталонного напряжения ко входу низкоча­ стотного фильтра НФ, который служит для выделения среднего значения или постоянной составляющей про­ межуточного сигнала. Так как широтно-импульсные и число-импульсные сигналы пропорциональны П, то вы­ ходной сигнал ПКН также будет пропорционален Я.

Недостатком преобразователей непрямого действия является малая скорость преобразования, ограничива­ емая необходимостью проведения операции усреднения.

а) ОДНОСКОРОСТНОЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПКН

Самым распространенным ПКН непрямого действия является односкоростной широтно-импульсный преобра­ зователь (рис. 1-15).

При подаче сигнала «установка» входной цифровой сигнал в параллельной форме вводится в «-разрядный импульсный счетчик, вследствие чего на выходе схемы ИЛИ появляется сигнал, ключ Кі замыкается, импуль­ сы от генератора импульсов / начинают поступать на вычитающий вход счетчика. В результате происходит

мыкается.

Одновременно наличие сигнала на выходе логической схемы ИЛИ обусловливает открывание ключа Кг. Ког­ да же сигнал с выхода схемы ИЛИ исчезает, ключ Кг

закрывается. При этом вырабатывается широтно-моду- лированный импульс с постоянной амплитудой.

Длительность широтно-импульсного сигнала tx (см. рис. 1-14) определяется временем, необходимым для уменьшения содержимого счетчика до нуля.

Числу 77= 111 ... 11 соответствует максимальная ве­ личина Itx= T , числу Я =000 .. ,00 — минимальный период tx= 0.

Для того чтобы получить последовательность широт- но-модулированных импульсов, параллельное двоичное число П в начале каждого тактового периода должно

32