A/D a D/A převodníky

Analogově-digitální převodník (A/D nebo ADC) je integrovaný obvod určený k převodu analogového (spojitého) signálu na digitální signál. Opačnou funkci vykonávají digitálně-analogové převodníky (D/A nebo DAC).

A/D převodníky pracující metodou dvojí integrace

Existuje několik způsobů provedení metody dvojí integrace.

Tento způsob využívá např. převodník C520D, který se skládá z analogové a digitální části. K analogové části patří vstupní převodník napětí/proud, komparátor, zdroj referenčního napětí a konstantního proudu. Číslicovou část tvoří oscilátor, děličky, kontrolní a řídící logika, čítač, multiplexer a výstupní obvody. Převod se uskutečňuje dvěma kroky. V prvním časovém intervalu se nabíjí integrační kondenzátor proudem, který přichází z výstupu převodníku napětí/proud. Tento převodník je zabudován uvnitř a převádí vstupní měřené napětí na proud, jehož velikost je tomuto napětí přímo úměrná. Generátor hodinového signálu s pomocnými obvody zaručuje, že doba po kterou se kondenzátor nabíjí, je stále stejně dlouhá,takže stupeň nabití kondenzátoru skutečně odpovídá velikosti vstupního napětí.

V druhé části převodu se kondenzátor vybíjí. Vybíjecí proud je stálý, takže doba vybíjení je různě dlouhá a závisí na stupni nabití kondenzátoru. Tím závisí i na velikosti vstupního napětí. Dolní hranici při vybíjení hlídá komparátor, který pomocí řídící logiky zastaví čítač, který od začátku vybíjení čítá impulsy generátoru, trvale pracujícího uvnitř. Komparátor tedy vyhodnocuje stav nabití a vybití integračního kondenzátoru a výstupem ovládá start i konec práce čítače. Spočítané impulsy hodinového signálu přejdou z čítače přes multiplexer na vstup dekodéru. Takže stav čítače vyjádřený číslicovou formou odpovídá vstupnímu napětí přicházejícímu v analogové podobě.

Druhý způsob je použit u převodníku ICL7071. V první fázi se měřené napětí přivede na vstup integrátoru. Na integračním kondenzátoru pak lineárně roste napětí úměrně k velikosti vstupního napětí. V druhé fázi se na stejný vstup připojí vnitřní referenční napětí s opačnou polaritou. Napětí na kondenzátoru se proto snižuje. V okamžiku, kdy dosáhne nulové hodnoty, převod končí, o což se starají řídící logické obvody. I zde je použit přesný generátor a čítač, který čítáním impulsů generátoru zjišťuje dobu nabíjení i vybíjení kondenzátoru. Stav čítače se na konci druhé fáze dostane k obvodům indikace a zobrazí se číslo, odpovídající měřenému napětí. Následuje třetí fáze, kdy dochází k automatickému nulování, které má zvýšit přesnost a spolehlivost měření.

Převod napětí na kmitočet

Příklad zapojení převodníku vstupního napětí na frekvenci f (U/f) je na obrázku. Zesilovač OZ 1 integruje vstupní proud na kondenzátoru C a zesilovač OZ 2 působí jako komparátor napětí v klopném zapojení. Má dva stabilní stavy určené součtem napětí na stabilizačních diodách SD1 a SD2, zapojených za sebou s opačnou polaritou tak, aby stabilizované napětí na nich bylo v obou polaritách stejné.

uf

 

Za výchozí stav považujeme kladné výstupní napětí OZ 2. Proud prochází přes stabilizační diody a tranzistor T1 je sepnut. Kondenzátor C1 se vybíjí přes odpor 15 kΩ a tranzistor T1 je sepnut a výstupní napětí OZ 1, tedy i napětí na vstupu OZ 2 stoupá do té doby, dokud nedostoupí hladiny určené diodami SD1 – SD2. Komparátor OZ 2 změní polaritu výstupu na zápornou a tranzistor T1 se uzavře, ale napětí SD1 – SD2 zůstává přes odpor 4,7 kΩ připojeno na zem přes D1. Po uzavření tranzistoru T1 se kondenzátor C nabíjí přes odpory 30 + 15 kΩ a napětí na výstupu klesá, až dosáhne záporné hladiny SD1 – SD2. Pak se OZ 2 překlopí, T1 se otevře a děj se opakuje.

Převodník pracuje velmi přesně, pokud je použito stabilních odporů a kondenzátorů. Nesmějí být teplotně závislé.

Literatura

Napsat komentář