чающихся на единицу младщего разряда. Если при равномерном возрастании значений входного кода выходная величина изменяется неравномерно, то ЦАП обладает немонотонностью. Последняя возникает в том случае, когда погрещ-ность выходного сигнала, обусловленная погрешностью младших разрядов, не равна погрешности выходного сигнала, вызванной погрешностью следующего старшего разряда. Это может привести к тому, что при некотором изменении входного кода выходной сигнал уменьшается, вместо того чтобы возрастать.

Время установления характеризует динамические свойства преобразователя и определяется интервалом времени от поступления входного кодированного сигнала до установления выходного сигнала (напряжения) в пределах допуска. Значение времени установления нормируется при скачкообразном изменении выходного сигнала от минимального до максимального его значения при определенной нагрузке. Интервал времени установления (рис. 6.8) состоит из: / - времени задержки, за которое величина выходного напряжения равна 0,1 (/о; 2 - времени нарастания, за которое выходное напряжение изменяется от 0,1 (/о до 0,9(/о; 3 - времени возврата, за которое режим нарастания переходит в режим окончательного установления; 4 - времени окончательного установления, за которое выходное напряжение устанавливается в пределах допуска.

Время установления существенно изменяется в зависимости от разности значений последовательно преобразуемых кодов, от характера нагрузки (сопротивление, емкость).

Один из источников погрешности преобразования ЦАП - влияние нагрузки. При постоянной нагрузке эта погрешность носит систематический характер и может быть скомпенсирована при калибровке ЦАП. При переменной нагрузке погрешность носит случайный характер и ее нельзя скомпенси-

Ю 0,9

0,1 О

Допуси

Рис. 6.8. Время установления:

- время задержки, время нарастания, время возврата,

- время окончательного установления;

- время установления

Рис. 6.9. Эквивалентная схема ЦАП (ПКН)

ровать или учесть. Погрешность от влияния нагрузки обуславливается конечным значением выходного сопротивления /еых, которое совместно с сопротивлением нагрузки R

образует делитель напряжения -- (рис. 6.9), в ре-

зультате чего напряжение на нагрузке f/o меньше выходного напряжения ЦАП, равного Ео- Для уменьшения погрешности от влияния нагрузки ЦАП должен иметь весьма малое выходное сопротивление, намного меньшее сопротив-

ления нагрузки. При /"вых погрешность не превышает

1%. Для измерительных преобразователей она составляет 0,50...0,01%.

6.2. Аналого-цифровые преобразователи

Аналого-цифровой преобразователь - это устройство, при помощи которого входная аналоговая величина А преобразуется в эквивалентный цифровой код D (рис. 6.10), чаще всего в двоичный /V-разрядный, то есть

D A(b,2+b22------h6v2-),

где 6i, 62. .Од, - разрядные коэффициенты, принимающие значение 1 или 0.

Наиболее распространены АЦП, преобразующие постоянное напряжение в цифровой код (ПНК), так как другие виды аналоговых сигналов легко преобразуются в напряжение постоянного тока.

Рис. 6.10.

Входные и выходные сигналы АЦП

ПНК в зависимости от вида преобразования подразделяются на четыре группы; 1) амплитудно-импульсной модуляции (АИМ); 2) время-импульсной модуляции (ВИМ); 3) частотно-импульсной модуляции (ЧИМ); 4) кодо-им-пульсной модуляции (КИМ).

Амплитудно-импульсная модуляция осуществляется при помощи пороговых устройств. При ВИМ напряжение Ux преобразуется в пропорциональный временной интервал tx, а при ЧИМ - в пропорциональную частоту следования импульсов fx- При КИМ напряжение Ux сравнивается с компенсирующим напряжением Uo, которое изменяется по определенному алгоритму так, чтобы в конце уравновешивания обеспечить условие равенства Ux = Uo-

В ПНК с АИМ (ПНК непосредственного преобразования, параллельные ПНК) (рис. 6.11) для достижения разрешающей способности N разрядов необходимо иметь (2- 1) компараторов и уровней опорного напряжения Uq.

Рис. 6.11 ПНК и АИМ:

/ - компараторы

2 - кодируюпгее \стройство

Преимуществом ПНК с АИМ является наибольшее быстродействие, обусловленное тем, что преобразование происходит за один такт, недостатком - схемная сложность, так как требуется большое количество компараторов, определяющих точность преобразования, и прецизионный делитель опорного напряжения. При раз-

нополярном входном напряжении количество прецизионных элементов удваивается.

ПНК с ВИМ можно разделить на две основные подгруппы: с генератором пилообразного напряжения, с интегрированием преобразуемого и образцового напряжений. Аналоговая входная величина сначала преобразуется в интервал времени, который заполняется импульсами стабильной опорной частоты. Количество импульсов за полученный интервал пропорционально аналоговой измеряемой величине. На рис. 6.12 приведены структурная схема ПНК с генератором пилообразного напряжения и диаграммы его работы.

В результате преобразования {Jх в интервал tx на счетчик поступает импульсов образцовой частоты /о- Количество импульсов равно

где а,=--скорость нарастания пилообразного напряжения.

Указанные ПНК обладают средней точностью и быстродействием.

На рис. 6.13 приведены структурная схема и диаграммы работы ПНК с интегрированием преобразуемого и образцового напряжений. В результате преобразования Ux число импульсов Nx образцовой частоты /о, зафиксированное в счетчике, пропорционально напряжению

так как при интегрировании напряжений Ux и выполняется равенство

Го t,

и,-=Uo~.

RC RC

5 270-7