Цифровые вольтметры поразрядного уравновешивания

Принцип действия ЦВ заключается в сравнении измеряемого напряжения Ux с рядом образцовых напряжений U0i, значения которых с помощью цифрового кода меняются по определенному закону. В простейшем случае это может быть ступенчато- изменяющееся напряжение с некоторым шагом (например, U0i=1мВ).

В момент равенства сравниваемых напряжений, этот код (число) является цифровым эквивалентом измеряемого напряжения Ux.

Известно большое число разновидностей указанного метода. Они отличаются главным образом законом изменения образцовых напряжений U0i и способом организации ООС. В ЦВ обычно U0i изменяется по двоично-десятичному коду, а в АЦП – по двоичному, поэтому по окончании цикла сравнения

,

где n- число разрядов кода; q- напряжение, соответствующее единице младшего разряда; - коэффициент, равный 0 или 1 в зависимости от результата сравнения в каждом такте.

Как правило, ЦВ строятся на основе замкнутых систем со сравнением аналоговых величин. Функциональная схема такого ЦВ и диаграмма его работы приведены на рис.20.

 

ВУ Ux СУ   УУ
   
  U0i Ni  
        Nx
ИОН U0 ЦАП   УОИ
   

 

                                       
                                       
                                       
                                   
                                       
                                     
                                       
                                       
                                       
                                       
                                       
                                       
                                       
                                       
                                       
                                       
                                       
          Nx= 010101        

Напряжение Uх через входное устройство ВУ поступает на один из входов сравнивающего устройства СУ. На другой вход СУ по сигналам устройства управления УУ в соответствии с выбранным кодом с цифро-аналогового преобразователя ЦАП подаются напряжения U0i с источника образцового напряжения ИОН. Этот процесс продолжается до наступления равенства напряжений Uх= U0i.

Рассмотрим числовой пример (см. рисунок). Пусть входное напряжение Uх=21мВ, U0=32мВ, ЦАП – 6- разрядный.

Первый тактовый сигнал УУ приводит схему в исходное состояние и подает на цифровой вход ЦАП число Nх=100000. На выходе ЦАП появляется напряжение U01=32мВ. Это напряжение сравнивается с помощью СУ с измеряемым напряжением Ux. При U0i>Ux ("много") СУ выдает сигнал логической 1, при U0i<Ux ("мало")- логический 0.

При поступлении сигнала "1" УУ сбрасываетпоследний подключенный разряд ЦАП и подключает следующий. При поступлении "0"- последний разряд не сбрасывается и подключается следующий. Процедура получения кода Nх отображена на временной диаграмме.

Выходной сигнал СУ, зафиксированный УУ, является цифровым эквивалентом Ux, который индицируется с помощью устройства отображения информации УОИ.

Погрешности данного типа ЦВ определяются главным образом стабильностью напряжения ИОН, чувствительностью СУ и стабильностью его порога срабатывания, разрядностью и нелинейностью ЦАП.

Существует большое число ИС АЦП поразрядного уравновешивания. Это 12-разрядный КР572ПВ1, 8-разрядный микромощный К572ПВ3, быстродействующий 10-разрядный К1108ПВ1 и другие.