Кодово-импульсные методы преобразования напряжения

Кодово-импульсные методы преобразования напряжения чаще применяются для построения аналого-цифровых преобразователей и реже в качестве основы цифровых вольтметров. В настоящее время известно большое число соответствующих методов. Одним из самых простейших является метод последовательного преобразования с поразрядным уравновешиванием.

В соответствующих преобразователях измеряемое напряжение U_x сравнивается с напряжением компенсации U_k, значение которого изменяется «ступеньками» согласно текущему коду. Напряжение компенсации формируется цифро-аналоговым преобразователем. По окончании сравнения выполняется равенство:

U_x=U_k=u_k·∑a_i·2ⁱ

где: u_k – напряжение, соответствующее единице младшего разряда кода;

a_i – коэффициент, равный 0 или 1.

На рисунке 5 представлена структурная схема цифрового вольтметра кодово-импульсного типа. В его состав входят: компаратор, цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, контроллер, линия задержки τ, тактовый генератор, триггер Т, входное устройство, двоичный счётчик Сч, дешифратор Дш, устройство индикации.

Рис. 5. Структурная схема вольтметра кодово-импульсного типа

Используя временные диаграммы сигналов прибора, представленные на рисунке 6, рассмотрим принцип работы цифрового вольтметра.

Рис. 6. Временные диаграммы сигналов цифрового вольтметра

В начале цикла измерения, в момент времени t₁ контроллер прибора формирует стартовый импульс (см. рис. 6; временная диаграмма U_упр), который используется для сброса предыдущих показаний двоичного счётчика. Задержанный на время одного такта τ генератора тактовых импульсов стартовый импульс устанавливает в единичное состояние триггер Т (см. рис. 6; диаграмма U_т), на вход «+1» двоичного счётчика Сч начинают поступать тактовые импульсы (см. рис. 6; диаграмма U_+1Сч).

По мере увеличения показаний двоичного счётчика растёт выходное напряжение цифро-аналогового преобразователя ЦАП (см. рис. 6; диаграмма U_ЦАП). В момент времени t₂ значения выходного напряжения ЦАП и входного сигнала U_x сравниваются; компаратор прибора формирует сигнал сравнения (см. рис. 6; диаграмма U_цап, U_к). Триггер Т сбрасывается в нулевое состояние, в двоичном счётчике оказывается зафиксированным код, соответствующий значению измеряемого напряжения.

Несложный анализ представленного алгоритма преобразования позволяет отметить, что время измерения зависит от значения измеряемого напряжения и максимально для значений U_x = U_{x мах}.