Cпециализированные преобразователи

АЦП кроме их прямого назначения могут выполнять специальные функции преобразования напряжения в частоту (ПНЧ) и наоборот – частоту в напряжение (ПЧН). Для этих целей выпускаются специализированные микросхемы, принцип работы которых можно пояснить по упрощенной схеме преобразователя напряжение – частота (рис. 4.15).

Рис. 4.15

Входное напряжение преобразуется в пропорциональную ему частоту выходных импульсов одинаковой длительности следующим образом. В исходном состоянии управляемый ключ S₁ замкнут и поэтому конденсатор С разряжен, то есть U_c = 0. При подаче входного напряжения U_вх, которое преобразуется в ток I_вх, размыкается ключ S₁ и конденсатор начинает заряжаться током I_вх со скоростью I_вх/С. Через время τ напряжение U_c = (I_вх/С) · τ достигнет опорного U_оп, компаратор "К" опрокинется и запустит одновибратор. Он, в свою очередь, сформирует импульс, по фронту которого замыкается ключ S₁ и конденсатор С разряжается. По срезу импульса одновибратора ключ S₁ размыкается вновь, разрешая новый заряд коденсатора. Цикл повторяется через каждые отрезки времени τ. Частота f_т генерируемых импульсов тем больше, чем больше входное напряжение, так как больший ток I_вх заpяда конденсатора снижает время τ достижения опорного напряжения.

Преобразователь частота – напряжение (ПЧН) представляет устройство, в котором входная частота f_вх преобразуется в напряжение постоянного тока, пропорциональное входной частоте: U_вых = k · f_вх, где k – коэффициент передачи преобразователя (В/Гц).

Существует несколько различных технических способов построения ПЧН, а упрощенная структурная схема, позволяющая рассмотреть принцип работы, приведена на рис. 4.16.

Рис. 4.16

Функционирование ПЧН заключается в следующем: импульс определенной частоты f_вх запускает одновибратор. В течение времени существования импульса одновибратора ключ S₁ замкнут, что позволяет током I_зар заряжать конденсатор С. Выходное напряжение определяется напряжением на конденсаторе. После окончания импульса одновибратора ключ размыкается и происходит некоторый разряд конденсатора через сопротивление нагрузки R. Разряд конденсатора продолжается до следующего запуска одновибратора, когда снова замкнется ключ S₁ и будет подзаряжаться конденсатор. При увеличении частоты f_вх запускающих одновибратор импульсов чаще замыкается ключ S₁ и чаще происходит подзаряд конденсатора, что приводит к возрастанию выходного напряжения. Конденсатор С является интегратором тока заряда. Для снижения пульсаций выходного напряжения целесообразно емкость конденсатора увеличивать. Но, с другой стороны, должна учитываться длительность импульса, генерируемого одновибратором, за время которого конденсатор должен полностью зарядиться.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте понятие "информация".

2. Какие параметры физической величины несут сведения о ее изменениях?

3. Назовите формы представления электрических сигналов, используемые при обработке и передаче информации.

4. Что означает аббревиатура ЦАП?

5. В чем заключается цифро-аналоговое преобразование?

6. Какие основные устройства входят в ЦАП и каковы их функции?

7. По какой формуле определяется аналог цифрового кода?

8. Что означает понятие "весовой коэффициент"?

9. Изобразите схему ЦАП с суммированием токов и поясните его работу.

10. Какие особенности имеет схема ЦАП с перекидными ключами?

11. Какими положительными свойствами обладает резистивная матрица R-2R?

12. Что называется характеристикой преобразования ЦАП?

13. Перечислите параметры ЦАП и дайте им определение.

14. Приведите примеры микросхем ЦАП.

15. Что означает аббревиатура АЦП?

16. Что называется характеристикой преобразования АЦП?

17. Перечислите параметры АЦП и раскройте их смысл.

18. Какие принципы построения АЦП вы знаете?

19. Изобразите структурную схему построения АЦП на основе метода последовательного приближения.

20. Какова структура параллельного АЦП?

21. Изобразите структурную схему АЦП с двухтактным интегрированием и поясните принцип преобразования.

22. Как технически решается задача преобразования напряжения в частоту?

23. В чем заключается идея преобразования частоты в напряжение?

Литература

1. Автомобильный справочник: Перевод с англ. – М.: За рулем, 1999.
– 896 с. – 1-е рус. изд.

2. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. – М.: Радио и связь, 1985. – 304 с.: ил.

3. Бахтияров Г.Д., Малинин В.В, Школин В.П. Аналого-цифровые преобразователи / Под ред. Г.Д. Бахтиярова. – М.: Сов. радио, 1980.
– 278 с.: ил.

4. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров / А.-Й. К. Марцинкявичус, Э.-А. К. Багданскис,
Р.Л. Пошюнас и др.; Под ред. А.-Й. К. Марцинкявичуса, Э.-А. К. Багданскиса. – М.: Радио и связь, 1988. – 224 с.: ил.

5. Коломбет Е.А., Юркович К., Зодл Я. Применение аналоговых микросхем.– М.: Радио и связь, 1990.– 320 с.: ил.

6. Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И., Телец В.А. Изделия электронной техники. Цифровые микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП: Справочник. – М.: Радио и связь, 1994. – 248 с.: ил.

7. Митрошин В.Н. Схемотехника цифровых устройств: Учебное пособие. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2003. – 215 с.

8. Никамин В.А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи: Справочник. – СПб.: КОРОНА – принт; М.: Альтекс-А, 2003.
– 224 с., ил.

9. Применение интегральных микросхем: Практическое руководство. В 2-х кн. Кн. 1,: Пер. с англ. / Под ред. А. Уильямса. – М.: Мир, 1987. – 432 с.: ил.

10. Пухальский Г.И. Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник: – М.: Радио и связь, 1990.

11. Рысин В., Филь В. Интегральная микросхема преобразователя напряжение-частота // РАДIОАМАТОР. – 2000. – № 1. – С. 37.

12. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 320 с.: ил.