книги из ГПНТБ / Клебанский Р.Б. Преобразователи кода в напряжение

^Е О Б Р А З О В А Т Е Л И

КО Л А

ВН А П Р Я Ж Е Н И Е

Р. Б. КЛЕБАНСКЙЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

КОДА В НАПРЯЖЕНИЕ

«ЭНЕРГИЯ»

МОСКВА 1973

ПРЕДИСЛОВИЕ

Одной из характерных черт современной науки и техники является бурное развитие средств вычислительной техники и широкое использование электронных цифровых вы­ числительных устройств (ЭЦВУ). Если раньше функции ЭЦВУ ограничивались чисто матема­ тическими вычислениями, то в настоящее вре­ мя с помощью ЭЦВУ осуществляется управле­ ние сложными производственными процессами.

с объектами, для управления которыми они предназначены, необходимо использование преобразователей код — аналог (ПКА).

Преобразователи код—аналог являются не­ отъемлемой частью современных систем авто­ матического управления. Это связано с тем, что при управлении различными объектами с помощью цифровой вычислительной маши­ ны необходимо преобразовывать числа в фи­ зические величины, которые непосредственно используются при управлении объектами.

Самым распространенным типом ПКА яв­ ляется преобразователь кода в напряжение (ПКН), так как электрическое напряжение является одной из наиболее часто встречаю­ щихся аналоговых величин в системах авто­ матического регулирования и управления.

Область применения ПКН весьма обширна. Они применяются в системах телеуправления (телерегулирования), в системах программно­ го управления, где программа задается не в аналоговой, а в цифровой форме, с помощью устройства хранения цифровой информации.

3

Цифровые сигналы, заложенные в программу, должны быть преобразованы в аналоговую форму и поданы на выход системы.

Преобразователи код—напряжения применя­ ются также в цифровых системах управления.

Кроме указанных областей применения ПКН, как самостоятельных элементов систем, они играют крайне важную роль в современ­ ных высокоточных аналого-цифровых пре­ образователях с обратной связью [Л. 1].

Данная книга является первой, посвящен­ ной исключительно вопросам, связанным с раз­ работкой и эксплуатацией ПКН.

Автор с искренней признательностью от­

Автор, сознавая, что книга вряд ли свобод­ на от недостатков, будет благодарен всем чи­ тателям, которые пришлют свои замечания и пожелания по адресу: Москва, 113114, М-114, Шлюзовая иаб., 10.

Автор

Г

ВВЕДЕНИЕ

Как 'было указано, преобразователи кода в напряже­ ние используются для связи электронно-цифровых вы­ числительных устройств с аналоговыми устройствами, а также в качестве основного элемента в преобразовате­ лях напряжения в код для выработки эталонных напря­ жений. Так как основой для современных вычислитель­ ных устройств является двоичная система счисления, то преобразователи кода в напряжение обычно строятся для преобразования двоичного цифрового кода в напряжение.

Отсюда очевиден и принцип преобразования, заклю­ чающийся в суммировании аналоговых величин, которые относятся как целые степени числа 2 при а*= 1. Реже используются двоично-десятичные коды и лишь в сравни­ тельно редких случаях число-импульсный код, т. е. исход­ ная информация выражается числом импульсов.

На рис. В-1 приведена структурная схема классифи­ кации ПКН. В принятой классификации ПІШ разделены по принципу действия на три группы.

Кгруппе 1 относятся ПКН последовательного дейст­ вия, в которых код подается на преобразователь последо­ вательно, начиная с младшего разряда, т. е. с времен­ ным разделением разрядов.

Кгруппе 2 относятся ПКН параллельного действия (ППКН), в которых все разряды кода одновременно по­

ступают на схему суммирования, т. е. производится пространственное разделение разрядов. При этом сум-

5

мировапие токов и напряжений'происходит с учетом ве­ сов разрядов.

В процессе преобразования всегда суммируются и то­ ки и напряжения одновременно. Однако в зависимости от вида используемого источника электрического сигна­ ла преобразователи делятся на две подгруппы: преобра­ зователи с суммированием токов 4 и с суммированием

Преобразуемые кодьі

Напряжение

если режим работы схемы близок к холостому ходу, то имеет место суммирование напряжений; если же схема нагружена на относительно малое сопротивление, имеет место суммирование токов.

В преобразователях параллельного действия необхо­ димо, чтобы входной преобразуемый сигнал присутство­ вал в течение всего времени преобразования, однако это не. всегда удается, так как целый ряд цифровых управ-

6

ляющнх схем обеспечивает существование выходных сиг­ налов только в определенные временные интервалы. Следовательно, необходимо наличие буферной схемы, обеспечивающей запоминание преобразуемого цифрового сигнала в течение времени преобразованиям Последова­ тельный сигнал с цифровой управляющей схемы перед вводом в преобразователь должен быть преобразован в параллельный. К этой же группе относятся преобразо­ ватели с усилителями постоянного тока 8.

Преобразователи первой и второй групп могут быть также классифицированы как преобразователи прямого действия, поскольку они преобразуют непосредственно коды в напряжение.

К группе 3 относятся преобразователи кода в на­ пряжение с промежуточным преобразованием входного кода (преобразователи непрямого действия). Здесь вход­ ной цифровой код сначала преобразуется в промежуточ­ ный сигнал, который затем преобразуется в напряжение. Примером могут служить широтно-импульсный 9 и число-импульсный 10 преобразователи.

Эти ПКН характеризуются меньшим по сравнению с другими видами объемом оборудования и низкой ско­ ростью преобразования (около 100 преобразований!сек).

В'современных установках автоматического контроля, вычислительной и измерительной техники наибольшее распространение получили преобразователи параллельно­ го действия. Это обусловлено наибольшей по сравнению с преобразователями других типов точностью при высо­ кой скорости преобразования.

На вход ПКН подаются в дискретные моменты вре­ мени коды, характеризующие требуемое значение выход­ ной аналоговой величины (напряжения). Далее с по­ мощью различных способов эта ступенчатая функция мо­ жет быть преобразована в непрерывную функцию времени. При этом точность воспроизведения непрерыв­ ной функции времени зависит от ряда .факторов, к ко­ торым относятся:

частота получения информации (кодов); метод восстановления непрерывной функции времени; точность преобразования отдельных кодов.

Очевидно, что наиболее общим фактором, существен­ ным при любом методе восстановления, является по­ грешность, с которой осуществляется преобразование от­ дельных кодов в аналоговый эквивалент.

7

Г л а в а п е р в а я

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ КОДА В НАПРЯЖЕНИЕ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

1-1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

Принцип работы последовательных ПКН (рис. 1-1) заключается в том, что преобразуемый код последова­ тельно подается на вход, начиная с младшего разряда (временное разделение разрядов) [Л. 67]. Если в данном разряде представлен код 1 в течение тактового периода Ті, эталонное напряжение U3T складывается с напря­ жением Ui, хранящимся на конденсаторе (аналоговый запоминающий блок), и результирующее напряжение де-

о о

Рис. 1-1. Структурная схема преобразователя последовательного дей­ ствия.

лится на 2. Результатом этих операций является напря­ жение Ui.и, которое также запоминается на конденсато­ ре и используется в течение следующего тактового пе­ риода Т{+1 . Математически величина Ui+l может быть

представлена следующим образом:

в каждом цикле преобразования в течение короткого ин-

9