[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Najprostsza implementacja metody częstotliwościowej (rys.9.44) polegana ładowaniu pojemności stałym prądem proporcjonalnym doprzetwarzanego napięcia.+-Rys.9.44.Przetwornik A/C z przetwarzaniem napięcia na częstotliwośćNarastające napięcie na kondensatorze jest porównywane z napi ęciemodniesienia.Zrównanie tych napięć powoduje zmianę stanukomparatora i wyzwolenie połączonego z nim uniwibratora.Impuls ztego uniwibratora zamyka klucz K powodując rozładowaniekondensatora po czym następują kolejne, powtarzające się cykleładowania i rozładowania.Częstość powtarzania impulsów jest zależnaod przetwarzanego napięcia, zatem po upływie założonego czasu stanlicznika jest proporcjonalny do średniej wartości napięcia/prąduwejściowego za okres całkowania.Na wejściu układu należy zastosowaćprecyzyjny konwerter napięcie - prąd, którym może być układprecyzyjnego transkonduktora, albo należy zastosować Millerowskiintegrator napięciowy.Spośród odmian metody częstotliwościowej, szersze zastosowanieznalazły metody: równoważenia ładunków (ang.charge balansingconvertor) oraz tzw.metoda delta - sigma [31].W przetworniku A/C pracującym na zasadzie równoważeniaładunków impulsy ładunkowe o ściśle określonej wartości sądostarczane do integratora z częstotliwością, przy której równoważąprąd pochodzący od przetwarzanego napięcia u.Zasadę działania tegoprzetwornika prześledzimy w oparciu o schemat blokowy i przebiegiczasowe w układzie, przedstawione na rys.9.45. 347a)--++-b)=Rys.9.45.Przetwarzanie A/C metodą częstotliwościową z równoważeniem ładunku:a) schemat blokowy przetwornika, b) przebiegi czasowe napięć i prądówNapięcie u jest całkowane w integratorze, którego napi ęcie wyjścioweu jest porównywane w komparatorze Komp z napięciem odniesieniaU.W chwili zrównania się obu napięć na wyjściu komparatora pojawia sięimpuls u , generowany w układzie formującym, o dokładnie określonej,stałej szerokości t.Powoduje on dostarczenie do integratora impulsuładunkowego o wartości U t / R.Po zakończeniu tego impulsurozpoczyna się ponowne narastanie napięcia na wyjściu integratora i popewnym czasie t , gdy przekroczy ono poziom U , następujekolejne dostarczenie do integratora impulsu ładunkowego o ustalonejwartości.Ustala się równowaga dynamiczna między średnim prądem idoprowadzanym ze zródła napięcia u , a prądem i pochodzącym zezródła U.Stan równowagi można zapisać w postaci równania bilansu ładunków 348++(9.26)+"i dt = +"i dt=czyli++u Udt = dt (9.27)+"+"R RZ równania (9.27) otrzymujemyu Ut + t = t (9.28)()R RCzęstotliwość f impulsów na wyjściu układu formującego wynosi1f = (9.29)t + tPodstawiając (9.28) do (9.29) otrzymujemyRf = (9.30)RU tJak wynika z zależności (9.30), wynik przetwarzania nie zależy ani odstabilności progu komparatora U , ani od stabilności pojemnościkondensatora C w integratorze.O dokładności całego przetwornikadecyduje natomiast stałość następujących parametrów: t ,U , R iR.Po przetworzeniu napięcia u na częstotliwość f , pomiar tejczęstotliwości jest dokonywany metodą zliczania impulsów w okresieintegracji T.Impulsy wyznaczające okres T są generowane w układziesterowania zliczaniem.Liczba zliczeń uzyskana w liczniku wynosiN = f T (9.31)Podstawiając (9.30) do (9.31) otrzymujemyR TN = u (9.32)RU tJak wynika z zależności (9.32) dokładność przetwarzania zależyrównież od dokładności okresu zliczania T.Aby uniknąć tej zależności synchronizuje się impulsy wyjściowe zkomparatora oraz czas trwania okresu T z generatorem zegarowym.Taka odmiana przetwornika A/C z równowa żeniem ładunków jestnazywana przetwornikiem delta-sigma, którego schemat blokowyprzedstawiono na rys.9.46. 349-- ++-Rys.9.46.Schemat blokowy przetwornika A/C typu delta-sigmaImpulsy ładunkowe doprowadzane do integratora oraz czas trwania Timpulsów sterujących zliczaniem są synchronizowane impulsamigeneratora zegarowego o częstotliwości f.Do synchronizacji czasu tsłuży przerzutnik typu D oraz bramka logiczna B.Impuls na wyjściubramki B , zsynchronizowany z impulsem zegarowym, pojawia si ętylko wówczas, gdy na wyjściu komparatora występuje wysoki poziomlogiczny.Ponieważ przetwornik działa na zasadzie równowagiładunków doprowadzanych i odprowadzanych z integratora, dlategomożemy zapisać równanie bilansu ładunków1 N(9.33)+"u dt = R C +"U dtRCprzy czym T - okres integracji,t / 2 - szerokość impulsu ładunkowego określająca czaszamykania przełącznika K, równy połowie okresugeneratora zegarowego,N - liczba impulsów zliczonych w czasie T.Z równania (9.33) wynika zależność2RTN = (9.34)RU tPrzyjmując T = kt i podstawiając tę zależność do (9.34) otrzymujemy2kRN = u (9.35)RUJak wynika z zależności (9.35), wynik przetwarzania nie zależy odokresu integracji T ani od częstotliwości f generatora zegarowego. 3509.4.8 Przetworniki z próbkowaniem nadmiarowym9.4.8.1.Główne cechy przetwornikówW przetwornikach z próbkowaniem nadmiarowym (ang
[ Pobierz całość w formacie PDF ]