Układ elektroniczny przetwornika analogowo-cyfrowego.
Transkrypt
Układ elektroniczny przetwornika analogowo-cyfrowego.
POLSKA OPIS PATENTOWY RZECZPOSPOLITA LUDOWA Patent dodatkowy do patentu nr — '%£%&$. Zgłoszono: Int. Cl.4 H03M 1/60 (P. 249678) 84 09 19 CZYTELNIA Pierwszeństwo URZĄD PATENTOWY PRL Zgłoszenie ogłoszono: 138806 85 08 13 Urzędu Patentowego HU*!) IZUINMt •) Ult*j Opis patentowy opublikowano: 88 12 31 Twórcywynalazku: Stanisław Fuksa, Roman Ryglicki, Wojciech Wierzchowski Uprawniony z patentu: Instytut Odlewnictwa, Kraków (Polska) Układ elektroniczny przetwornika analogowo-cyfrowego Przedmiotem wynalazku jest układ elektroniczny przetwornika analogowo-cyfrowego służą¬ cego do pomiaru niskich napięć lub dowolnego parametru przetworzonego na sygnał napięciowy. Znane przetworniki analogowo-cyfrowe służące do pomiaru niskich napięć lub dowolnego parametru przetworzonego na sygnał napięciowy posiadają rozbudowane układy wejściowe, naj¬ częściej z przetwarzaniem zapewniającym wysoką czułość i mały dryft, przy czym istnieje konie¬ czność uzyskania trzech napięć zasilających, a mianowicie + 15V, — 15 dla zasilania wzmacniaczy operacyjnych i +5V dla układów części cyfrowej. Stąd w urządzeniach przenośnych występuje konieczność stosowania rozbudowanych układów baterii zasilających o napięciu 30V lub baterii o niższym napięciu z przetwornikami, które z reguły mają niewielką sprawność i znaczne gabaryty. Spośród znanych rozwiązań najbardziej zbliżonym do układu według wynalazku jest układ elektroniczny woltomiecza cyfrowego V-530 produkcji Zjednoczonych Zakładów Elektronicznej Aparatury Pomiarowej „Meratronik" w Warszawie. Układ ten posiada dzielnik wejściowy połą¬ czony ze wzmacniaczem operacyjnym, który połączony jest z integratorem połączonym z detekto¬ rem zera. Detektor zera połączony jest z układem sterowania części analogowej, który połączony jest jednocześnie ze wzmacniaczem wejściowym. Wzmacniacz wejściowy znanego układu posiada wzmacniacz wstępny, wzmacniacz pomocniczy, modulator, demodulator, kształtownik przebiegu i transformator impedancji. Wzmacniacz wstępny zbudowany jest ze wzmacniacza operacyjnego i dwóch tranzystorów polowych. Na wejściu wzmacniacza wstępnego użyto parę różnicową tranzy¬ storów polowych typu FET uzyskując wysoką rezystancję wejściową układu. Ujemne wejście wzmacniacza operacyjnego połączone jest z dodatnim napięciem zasilającym, natomiast dodatnie wejście poprzez dwa tranzystory polowe i zamontowany między nimi potencjometr połączonejest ze wzmacniaczem pomocniczym składającym się ze wzmacniacza operacyjnego i połączonego z jego wejściem dodatnim tranzystora polowego. Tranzystory polowe obu tych wzmacniaczy połą¬ czone są ze sobą za pośrednictwem modulatora. Modulator połączonyjest z demodulatorem, który z kolei połączonyjest z wyjściem wzmacniacza pomocniczego. Między modulatorem i demodulato¬ rem zamontowany jest kształtownik przebiegu. Układ wyposażony jest również we wzmacniacz operacyjny stanowiący transformator impedancji, którego zadaniem jest zmniejszenie szumów. Znany układ przetwarza napięcie wejściowe na ciąg impulsów o amplitudach proporcjonal¬ nych do wartości tego napięcia i częstotliwości ukształtowanej z częstotliwości sieci 50 Hz. Modulo¬ wany przebieg stały jest więc wzmacniany jako przebieg zmienny i następnie demodulowany. 2 138806 Znany układ wymaga zasilania sieciowego 220V ze względu na konieczność stosowania napięć stałych ±15V, +10V i +5V. Celem rozwiązania według wynalazku jest zminiaturyzowanie przetwornika i umożliwienie zasilania wzmacniaczy operacyjnych i części cyfrowej układu zjednego źródła napięcia stałego. Cel ten osiągnięto dzięki układowi według wynalazku. Układ według wynalazku składa się ze wzmac¬ niacza wstępnego połączonego z układem kształtowania charakterystyki, który z kolei połączony jest z przetwornikiem napięcie—czas. Zasadniczą częścią wzmacniacza wstępnego jest wzmac¬ niacz operacyjny połączony z monolitycznym układem scalonym. Istotą rozwiązania jest to, że ujemne wejście zasilanego napięciem niesymetrycznym wzmac¬ niacza operacyjnego, stanowiącego część wzmacniacza wstępnego, połączonejest poprzez oporniki i potencjometr z jego wejściem dodatnim, przy czym suwak potencjometru połączony jest z dodatnim biegunem napięcia zasilającego. Wyjście wzmacniacza operacyjnego połączone jest poprzez opornik z dodatnim biegunem napięcia zasilającego i jednocześnie poprzez dwa oporniki z masą układu, a punkt wspólny tych oporników połączony jest z monolitycznym układem scalo¬ nym. Monolityczny układ scalony zawiera parę różnicową selekcjonowaną o minimalnym dryfie temperaturowym. Układ oporników w układzie polaryzacji w połączeniu z niesmetrycznym napięciem zasilają¬ cym zapewnia poprawę pracy wzmacniacza operacyjnego w dodatniej ćwiartce, a tym samym eliminuje konieczność stosowania rozbudowanych systemów przetwarzających. Wynalazek zosta¬ nie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, który jest schematem ideowym. Układ według wynalazku składa się ze wzmacniacza wstępnego, układu kształtowania charak¬ terystyki i przetwornika napięcie — czas. Wzmacniacz połączonyjest z czujnikiem niskonapięcio¬ wym. W przedstawionym przykładzie czujnikiem niskonapięciowym jest termopara PtRhó-PtRh 30, a zastosowane niesymetryczne napięcie zasilające ma wartość +2V, —3V. Jeden z wolnych końców termopary połączonyjest z masą układu, a drugi poprzez opornik Ri z bazą tranzystora Ti monolitycznego układu scalonego U* Punkt wspólny termopary i opornika Ri połączony jest poprzez kondensator Ci z masą układu oraz poprzez opornik R2 z suwakiem potencjometru Pi. Końce potencjometru Pi połączone są odpowiednio z masą układu oraz poprzez opornik R3 z dodatnim biegunem napięcia zasilającego. Zastosowanie oporników R2 i R3 i poten¬ cjometru Pi zapewnia sygnalizację przerwy w obwodzie pomiarowym. Baza tranzystora Ti monolitycznego układu scalonego U. połączonajest poprzez kondensator Ci z masą układu. Kolektor tranzystora Ti monolitycznego układu scalonego U, połączony jest z ujemnym wejściem wzmacniacza operaejnego Wi oraz poprzez opornik R4, potencjomet P2 i opornik R5 z kolektorem tranzystora T2 monolitycznego układu scalonego UM połączonym jedno¬ cześnie z dodatnim wejściem wzmacniacza operacyjnego Wi. Suwak potencjometru P2połączonyjest z dodatnim biegnem napięcia zasilającego. Emitery tranzystorów Ti i T2 monolitycznego układu scalonego Uf połączone są z kolekotrem tranzystora T3 monolityycznego układu scalonego U.. Baza tranzystora T3 monolitycznego układu scalonego U, połączona jest poprzez opornik Re z dodatnim bieguna napięcia zasilającego oraz poprzez kondensator C3 z ujemnym biegunem napięcia zasilającego, a pomadto z kolektorem tranzystora T4 monolitycznego układu scalonego Ui. Emiter tranzystora T3 monolitycznego układu scalonego U, połączonyjest z bazami tranzysto¬ rów T4 i Ts monolitycznego układu scalonego U, oraz z kolektorem tranzystora T5. Emitery tranzystorów T4 i T5 i monolitycznego układu scalonego U, połączone są z ujemnym biegunem napięcia zasilającego. Wzmacniacz operacyjny Wi zasilany jest niesymetrycznie odpowiednio z ujemnego i dodatniego biegunów napięcia zasilającego. Wyjście wzmacniacza operacyjnego Wi połączone jest poprzez kondensator C4 zjego ujemnym wejściem, a ponadto poprzez opornik R7 z dodatnim biegunem napięcia zasilającego, a poprzez opornik Rg i R9z masą układu. Punkt wspólny oporników Rg i 9 poprzez opornik Rio połączony jest z bazą tranzystora T2 monolitycznego układu scalonego U* Układ oporników R4, R2, Rs, R7, R«, R9 w układzie polaryzacji w połączeniu z wybranym niesymetrycznym napięciem zasilającym gwarantuje poprawną pracę wzmacniacza operacyjnego Wi w dodatniej ćwiartce. Napięcie zasilania części analogowej nie przekracza poziomu napięć zasilania układów cyfrowych. 4 138806 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że monolityczny układ scalony (Ui) połączonyjest z suwakiem potencjometru (Pi), którego jeden koniec połączony jest z masą układu, a drugi z dodatnim biegunem napięcia zasilającego. Pracownia Poligraficzna UP PRL. Nakład 100 egz. Cena 220 zł