АЦП по методу двойного интегрирования

В АЦП, построенных по принципу двойного интегрирования, вначале в течение фиксированного момента времени интегрируется напряжение Uвх, в результате чего напряжение на выходе интегратора (на емкости С) достигает значения U_C. Затем емкость С разряжается с постоянной, заранее известной скоростью до нуля. Время разряда пропорционально величине U_C, а следовательно, и Uвх.

Идея метода иллюстрируется на рис. 4.6. В исходном состоянии ключи S ₁ и S ₂ разомкнуты, а S ₃ – замкнут, выходное напряжение равно нулю. Когда начинается измерение, ключ S₃ размыкается, S ₁ – замыкается. При этом в течение фиксированного отрезка времени t ₁производится интегрирование Uвх.

В качестве таймера используется счетчик времени интегрирования: (4.7)

где T – период импульсов генератора тактовых импульсов.

Рис. 4.6. Функциональная схема АЦП на основе принципа двойного интегрирования

К моменту окончания интегрирования t ₁ выходное напряжение интегратора составит:

(4.8)

После окончания измерения для определения числового значения Uвх ключ S ₁ размыкается и через ключ S ₂ подключается известное напряжение Е ₀, по знаку противоположное Uвх. при этом U_С уменьшается с постоянной, заранее известной скоростью. С помощью компаратора и счетчика результата определяется интервал времени, по окончании которого выходное напряжение становится равным 0.

Отсюда находим:

(4.9)

Поскольку а следовательно, фиксированы, напряжение E ₀ также постоянно, то пропорционально

Из полученных выражений следует, что ни тактовая частота , ни постоянная интегрирования не влияют на результат. Необходимо лишь, чтобы тактовая частота оставалась постоянной в течение времени . Это можно обеспечить при использовании даже простого тактового генератора. При помощи данного метода можно получить точность до 0, 01%.

Поскольку в окончательный результат входят не мгновенные, значения , а усредненные за время измерения , то переменное напряжение ослабляется тем сильнее, чем выше его частота. Целесообразно выбрать частоту тактового генератора такой, чтобы величина либо равнялась периоду колебаний напряжения питающей сети, либо была кратна ему. В этом случае уничтожаются все сетевые наводки.

Так как с помощью принципа двойного интегрирования простыми средствами можно обеспечить высокую точность и подавление помех, его предпочитают использовать в цифровых вольтметрах. Недостаток – большое время преобразования не препятствуют такому использованию.