Цифровые вольтметры постоянного тока с кодоимпульсным преобразованием

В цифровых вольтметрах с кодоимпульсным преобразованием при развертывающем уравновешивании в течение цикла измеряемое напряжение U_x сравнивается с суммой дискретных значений компенсирующего напряжения U_k, 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 U_x и U_K 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 U_k=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 R_i; K_i — коэффициент, равный 1 или 0 в соответствии с кодовым сигналом, управляющим включением резистора R_i на шину с или на шину b. Эквивалентная схема делителя представлена на рис. 7.6, в.

Измеряемое напряжение U_x уравновешивают компенсирующим напряжением U_k поразрядно, последовательно включая все разряды ЦАП, начиная со старшего. При U_K>U_X сравнивающее устройство (СУ) выдает в устройство управления сигнал на отсоединение последнего включенного разряда ЦАП, а при U_K<U_x 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 U_o, 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.