Цифровые вольтметры постоянного тока с кодоимпульсным преобразованием
В цифровых вольтметрах с кодоимпульсным преобразованием при развертывающем уравновешивании в течение цикла измеряемое напряжение Ux сравнивается с суммой дискретных значений компенсирующего напряжения Uk, изменяющих свое значение соответственно числовым кодам, например двоично-десятичному коду с «весами» 8—4—2—1. Компенсирующее напряжение вырабатывается цифроаналоговым преобразователем. Структурная схема цифрового вольтметра с кодоимпульсным преобразованием представлена на рис. 7.6, а. Сравнение напряжений Ux и UK происходит циклами, последовательно включаются все разряды, начиная со старшего разряда и до полного их равенства (рис. 7.6, а).
Рис. 7.6. Схемы, поясняющие работу цифрового вольтметра с кодоимпульсным преобразованием:
а — структурная схема; б — электрическая; в — эквивалентная схема делителя;
г, д — временные диаграммы напряжений
Цифроаналоговый преобразователь представляет собой параллельный делитель, выполненный из четырех резисторов с «весами» 8—4—2—1 в каждой декаде. Значения сопротивлений резисторов каждой декады отличаются от значений сопротивлений резисторов следующей декады в 10 раз. Перед началом измерения электронные ключи В1—54 разомкнуты, при этом Uk=0 (рис. 7.6,6). Под воздействием кодового сигнала «1» устройства управления электронный ключ присоединяет резистор R1 к источнику опорного напряжения U0 (к шине с). Компенсирующее напряжение, соответствующее коду,
где g1—g4 — проводимости соответствующих резисторов Ri; Ki — коэффициент, равный 1 или 0 в соответствии с кодовым сигналом, управляющим включением резистора Ri на шину с или на шину b. Эквивалентная схема делителя представлена на рис. 7.6, в.
Измеряемое напряжение Ux уравновешивают компенсирующим напряжением Uk поразрядно, последовательно включая все разряды ЦАП, начиная со старшего. При UK>UX сравнивающее устройство (СУ) выдает в устройство управления сигнал на отсоединение последнего включенного разряда ЦАП, а при UK<Ux выходной сигнал СУ отсутствует и соответствующий разряд ЦАП остается включенным. В результате перебора всех разрядов измеряемое напряжение компенсируется образцовым (рис. 7.6, г, д).
Код, полученный на выходе устройства управления, подается на цифровое отсчетное устройство, где после перехода к десятичной системе счисления воспроизводится результат измерения. Последовательность работы всех узлов цифрового вольтметра определяется генератором тактовых импульсов.
Достоинства цифрового вольтметра с кодоимпульсным преобразованием: высокое быстродействие и возможность измерения напряжения с наибольшей точностью.
Погрешность ЦАП зависит от точности задания и стабильности опорного напряжения Uo, значений сопротивлений резисторов Rl—R4 и остаточных сопротивлений электронных ключей.
Аналого-цифровые преобразователи с поразрядным уравновешиванием интегрального исполнения широко используют в измерительных схемах и автономно.