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§ 4.6脉宽调制法A/D




1、转换思想

把被测电压转换为与之成比例的脉冲宽度的V-T变换式, 属于积分型, 用计数器对脉宽进行计数, 得到数字量。

2、结构框图

结构组成如图所示:由积分器、零比较器、电子开关、门控电路、闸门及方波发生器等构成。积分器的输入信号由三部分构成:

一个是被测信号Ux,一个是基准电压Uref,其幅值要大于Ux,而且基准电压的正向和反向接入是由零比较器控制一个电子开关来实现的,当积分器的输出U1与零电平比较,大于0时,比较器的输出驱动电子开关使+Uref加入到积分器的输入端;当U1小于0时,比较器的输出驱动电子开关使-Uref加到积分器的输入端。第三个信号是节拍方波电压Uc,其频率固定、正负半波等宽,幅值要大于UxUref之和。

3、工作原理及波形图

假设被测的输入信号为正的Ux,节拍电压为Uc,初始Uref是负的,此时积分器的输入信号为Ux-Uref-Uc,则积分器的输入信号U为负,积分器开始向上积分,零比较器输出为0,闸门关闭。当积分器的输出由负的向上积分,一过零,零比较器就翻转,控制电子开关使正的Uref接入,此时积分器的输入信号变为:Ux+Uref-Uc, 则积分器的输入信号U仍然为负的,但幅值比较小,积分器仍向上积分,只是积分的斜率要小一些,U2输出为高电平,闸门打开;当积分器积到Uc由负半波翻转至正半波的时候,积分器的输入信号就又变化为:Ux+Uref+Uc,积分器输入为正的,积分器开始向下进行积分,这时零比较器不变,仍为高电平,闸门仍然是打开的。到积分器由正向下积分过零时,比较器翻转,控制电子开关把-Uref接入,这时积分器的输入信号变为:Ux-Uref+Uc,则积分器输入仍为正的,还是向下积分,只是斜率变小了,这时零比较器为0,闸门关闭;积分器向下积分直到节拍电压Uc由正向变为负向,这时积分器的输入信号变为Ux-Uref-Uc, 则积分器的输入信号U为负的,积分器开始向上积分,又一个周期开始。

实质:用被测电压调制基准电压的正负半波的宽度

以下图中面积的大小来进行形象地说明:若被测电压为Ux,则+S0的面积和-S0的面积相等,+S1的面积和-S1的面积也相等,如果Ux增大,则+S1的面积增大,而-S1的面积要随着增大,必然使T2-T1 变大,这样T1减小,T2增大,相当于被测电压调整了基准电压Uref正负半波接入的时间。

4、特点



扩展学习


教材阅读:《电子测量与仪器》第3版,陈尚松等,电子工业出版社.P174-176.

课外阅读:

1、单片集成化A/D转换器都有哪些,实际怎么应用?ADI公司官网:http://www.analog.com

2、张永瑞等,《电子测量技术基础(第二版)》,西安电子科大出版社.

3、陈永普等,《常用电子测量技术仪器使用》,电子工业出版社.

4、赵会兵等,《电子测量技术》,高等教育出版社.

5、林占江等,《电子测量技术(第3版)》,电子工业出版社.


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