09 Przetworniki Ac Dc I Dc Ac

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Przedział czasu T jest wyznaczany przez licznik, który po upływietego czasu sygnalizuje przepełnienie, czyli przejście ze stanu 11.1 dostanu 00.Kończy się pierwsze całkowanie i następuje równocześnie:odłączenie przez przełącznik K napięcia u , dołączenie przez Knapięcie odniesienia -U do wejścia integratora (napięcie odniesieniama przeciwny znak niż napięcie wejściowe) oraz po przejściuzawartości licznika przez stan zero zliczanie dalszych impulsówgeneratora zegarowego.Pod wpływem napięcia -U następuje w tymczasie liniowe narastanie napięcia na wyjściu integratora, osiągającegopo czasie T wartość zerową.W momencie osiągnięcia wartości zerowejzmienia się stan na wyjściu komparatora K, który zeruje przerzutnik,zamyka bramkę B i odłącza napięcie -U od wejścia integratora.Przebieg napięcia na wyjściu w drugiej fazie całkowania jest opisanyrównaniem1u t = u T (9.22)( ) ( )-+"U dtRCPodstawiając do powyższego wzoru wartość u T ze wzoru (9.21)( )otrzymujemy11u t = U T - U t - T (9.23)( ) ( )RC RCPo czasie t = T + T napięcie na wyjściu integratora jest równe zeru,()czyli1u T + T = U T - U T = 0 (9.23)( )()RCStądUT = TUOkres T pierwszego całkowania jest wyznaczony przez pojemnośćlicznika N i częstotliwość f generatora zegarowego, natomiast wokresie drugiego całkowania licznik zlicza N impulsów o tej samejczęstotliwości Tak wiec podstawiając: T = N / f i T = N / f dowzoru (9.24) otrzymujemy zależnośćN N U= �"f f U344StądUN = N (9.25)UW rezultacie, liczba zliczeń N uzyskana w liczniku po całej operacjiprzetwarzania jest proporcjonalna do wartości U - jest zatemcyfrową reprezentacją napięcia przetwarzanego w okresie T.W celu lepszego zilustrowania metody podwójnego całkowania narys.9.42b przedstawiono przebiegi napięcia na wyjściu integratora przydwóch różnych wartościach napięcia przetwarzanego U oraz U ,przy czym U > U.Przeprowadzona analiza jest słuszna zarówno dla dodatnich, jak iujemnych przetwarzanych napięć u , przy czym polaryzacja napięciaodniesienia U , powinna być zawsze odwrotna niż polaryzacjanapięcia przetwarzanego, a jego wartość równa conajmniej pełnemuzakresowi przetwarzania.Olbrzymią zaletą przetwornika z podwójnym całkowaniem jestniezależność wyniku przetwarzania od częstotliwości zegara iparametrów układu całkującego oraz dryftu progu komparatora.Jest tobardzo istotne, gdyż cieplna i długoczasowa niestabilność tychparametrów nie powodują błędów przetwarzania.Z drugiej strony wukładzie z podwójnym całkowaniem, odmiennie niż w metodzieczasowej prostej, występuje częściowa kompensacja odstępstwa odprzebiegu liniowego w rzeczywistym integratorze, który ze względu naskończoną stałą czasową całkowania wytwarza przebieg wykładniczy.Rys.9.43 wyjaśnia opisywane zjawisko o ile w trakcie ładowania naskutek odstępstwa od przebiegu liniowego napięcie na kondensatorzebędzie mniejsze od założonej wartości maksymalnej, to i w drugimkroku wystąpią analogiczne odstępstwa, czego skutkiem będziewydłużenie czasu rozładowania.Jest to kolejna zaleta metodyprzetwarzania A/C z podwójnym całkowaniem.Rys.9.43.Ilustracja zasady częściowejkompensacji wpływu odstępstwa odcałkowania liniowego w układziepodwójnego całkowaniaNajistotniejszą jednak cechą omawianej metody jest jej całkujący345charakter z czego wynika zdolność znacznego ograniczenia zakłóceńperiodycznych, jeżeli okres całkowania T dostosuje się do okresusygnału zakłócającego (np.zakłóceń sieciowych).Umożliwia tobezproblemowe stosowanie tej metody w warunkach przemysłowych, coniewątpliwie jest jednym z czynników jej niesłabnącej popularności.Wadą metody podwójnego całkowania jest stosunkowo długi czasprzetwarzania.Jedną z prób eliminacji tej cechy jest metoda całkowaniapotrójnego.Jej istota polega na podziale fazy rozładowania na dwieczęści w pierwszej rozładowanie jest bardzo szybkie, a po osiągnięciunapięcia odpowiadającego przykładowo 1% pełnego zakresu, szybkośćrozładowania maleje stukrotnie.Oznacza to znaczne skrócenie fazyrozładowania, a zatem również całkowitego czasu konwersji.Zabiegzmniejszenia szybkości zmian napięcia w okolicach progu komparacjima prowadzić do istotnego zwiększenia dokładności.W rezultaciemetoda ta umożliwia zwiększenie szybkości konwersji przy niezmienionej dokładności lub zwiększenie dokładności przy niezmienionej szybkości bądz też rozwiązanie kompromisowe.Pierwsza zmożliwości jest jednak stosunkowo rzadko wykorzystywana, gdyżgłówna zaleta metod integracyjnych polega na eliminacji zakłóceńokresowych a do tego celu istotny jest dobór czasu całkowaniasygnału przetwarzanego, który powinien być co najmniej równy (albobyć wielokrotnością) okresu sygnałów zakłócających czyli zwykle20 ms.Skrócenie dalszych faz ma niewielki wpływ na całkowity czaskonwersji.W dziedzinie zaś istotnego udoskonalenia dokładnościprzetwarzania opracowano metodę poczwórnego całkowania.Wmetodzie tej wykonuje się dwa cykle podwójnego całkowania jeden wfazie autozerowania i drugi w fazie zasadniczego przetwarzania.Zasadnicza koncepcja tej metody polega na wyznaczeniu (w postacicyfrowej) różnicy między wynikiem przetwarzania a wynikiemspodziewanym dla idealnych układów przetwornika.O tę wartośćmodyfikuje się czas, przez który w fazie właściwego przetwarzaniacałkuje się napięcie przetwarzane.Ma to na celu skompensowaniezależności szybkości całkowania od napięcia wejściowego iniezrównoważenia wzmacniacza operacyjnego.Podobnie, po fazierozładowania kondensatora koryguje się zawartość licznika o wielkośćpamiętaną od zakończenia fazy autozerowania.Dzięki tej techniceosiąga się dobrą kompensację błędów wynikających z niedoskonałościelementów, niezrównoważenia w układzie integratora, nieidealnościmasy analogowej, zmian napięć zasilających oraz temperatury.3469.4.7.2.Przetwarzanie metodą częstotliwościowąInną odmianą przetwarzania integracyjnego jest metodaczęstotliwościowa, której istotą jest zliczanie w ustalonym okresieliczby impulsów o częstotliwości zależnej od napięcia wejściowego u.Najprostsza implementacja metody częstotliwościowej (rys.9.44) polegana ładowaniu pojemności stałym prądem proporcjonalnym doprzetwarzanego napięcia.+-Rys.9.44.Przetwornik A/C z przetwarzaniem napięcia na częstotliwośćNarastające napięcie na kondensatorze jest porównywane z napi ęciemodniesienia.Zrównanie tych napięć powoduje zmianę stanukomparatora i wyzwolenie połączonego z nim uniwibratora.Impuls ztego uniwibratora zamyka klucz K powodując rozładowaniekondensatora po czym następują kolejne, powtarzające się cykleładowania i rozładowania.Częstość powtarzania impulsów jest zależnaod przetwarzanego napięcia, zatem po upływie założonego czasu stanlicznika jest proporcjonalny do średniej wartości napięcia/prąduwejściowego za okres całkowania.Na wejściu układu należy zastosowaćprecyzyjny konwerter napięcie - prąd, którym może być układprecyzyjnego transkonduktora, albo należy zastosować Millerowskiintegrator napięciowy.Spośród odmian metody częstotliwościowej, szersze zastosowanieznalazły metody: równoważenia ładunków (ang.charge balansingconvertor) oraz tzw.metoda delta - sigma [31].W przetworniku A/C pracującym na zasadzie równoważeniaładunków impulsy ładunkowe o ściśle określonej wartości sądostarczane do integratora z częstotliwością, przy której równoważąprąd pochodzący od przetwarzanego napięcia u [ Pobierz całość w formacie PDF ]

Wątki