Para diferentes voltajes de entrada en ADC de doble pendiente, el tiempo de carga sigue siendo el mismo pero la descarga es proporcional a la magnitud del voltaje de entrada. ¿Cómo funciona de esa manera?
El tiempo de carga es independiente de la magnitud de entrada, pero el tiempo de descarga depende de la magnitud. ¿Por qué?
¿Quéeselcircuitoloasegura?
Si maneja a 30 mph durante 1/2 hora, luego gire y regrese a su casa a 30 mph. Tardará 30 minutos en llegar a casa.
Si maneja a 70 mph durante la misma media hora, luego gire y regrese a su casa a 30 mph, tardará 70 minutos en llegar a casa.
Entonces, el tiempo para llegar a casa es proporcional a la velocidad. De manera análoga a 'casa' es 0VCC en la salida del integrador, y la pendiente "salir" es proporcional a la tensión, la pendiente "ir a casa" es la referencia, por lo tanto una pendiente fija.
Matemáticamente, la pendiente de la salida del integrador durante la primera fase es:
\ $ \ frac {dv} {dt} = \ frac {V_ {IN}} {C_I R_I} \ $
Si comienza desde 0 e integra durante un tiempo fijo T, entonces la tensión al final del tiempo Ti es
\ $ V_ {Ti} = \ frac {T \ cdot V_ {IN}} {C_I R_I} \ $
Durante la fase de referencia, la pendiente es
\ $ \ frac {dv} {dt} = \ frac {-V_ {REF}} {C_I R_I} \ $
Si comienzas en \ $ V_ {Ti} \ $ y lo integras hasta que la salida llegue a cero, el tiempo requerido será
\ $ T_ {DE} = V_ {Ti} \ cdot \ frac {C_I R_I} {- V_ {REF}} = \ frac {T \ cdot V_ {IN}} {C_I R_I} \ cdot \ frac { R_I} {- V_ {REF}} = T \ cdot \ frac {V_ {IN}} {V_ {REF}} \ $
Entonces, la proporción de los dos tiempos es \ $ \ frac {V_ {IN}} {V_ {REF}} \ $, y los valores de la resistencia integradora \ $ R_I \ $ y el condensador \ $ C_I \ $ cancel afuera.
Editar: ha agregado un diagrama de bloques; la lógica de control determinó el tiempo mediante la entrada del reloj; también controla el cruce por cero del integrador.
El tiempo se controla mediante los contadores y el reloj de entrada, por lo que el tiempo de integración es X ciclos de reloj (quizás 1000 para un ADC de 3.5 dígitos). Luego, los ciclos de reloj se cuentan para la desintegración para determinar el valor de visualización (de 0 a 1999 para un ADC de 3.5 dígitos). Dado que ambos tiempos están controlados o medidos por la misma frecuencia de reloj, la frecuencia de reloj también se cancela y queda una lectura que depende solo de la tensión de referencia para el primer orden.
Por supuesto, para una cancelación completa, la resistencia, el condensador y el reloj deben permanecer estables durante los pocos cientos de milisegundos que se requieren para hacer una medición, pero esa es una barra bastante baja: elimina la mayoría de las variaciones térmicas y prácticamente todo el tiempo. Consideraciones de la deriva del término, por lo que se pueden utilizar piezas económicas para un instrumento de precisión.
Para analizar el integrador en su circuito:
El amplificador operacional obliga a la entrada inversora al mismo potencial que la entrada no inversora (tierra en este caso).
Por lo tanto, la corriente de la entrada es \ $ \ frac {V_ {IN}} {R_I} \ $, que debe suministrarse a través del condensador. (idealmente) será exactamente constante para el voltaje de entrada constante, independientemente de la Tensión en el condensador.
El diagrama de bloques que ha vinculado muestra el circuito integrador anterior (tipo de inversión), que en realidad producirá la forma de onda invertida a la primera que ha mostrado.
Durante el tiempo de integración, carga un condensador con una corriente proporcional al voltaje de entrada. El voltaje final en la tapa es proporcional al voltaje de entrada.
Durante el tiempo de desintegración, descarga un condensador con una corriente fija conocida. Dado que el voltaje inicial fue proporcional al voltaje de entrada, el tiempo que demorará la caída a cero también será proporcional al voltaje de entrada.
Entonces, todo lo que necesita hacer para medir la entrada es el tiempo que demora la descarga de la capacitancia.
Hay otras formas de diseñar un ADC, pero este es un método bastante sencillo de implementar.
Tiempo de descarga proporcional al voltaje porque está en una corriente constante. La corriente constante es fácil de arreglar. La descarga de una tapa a una corriente constante da como resultado un cambio constante en el voltaje por unidad de tiempo. Así se traduce voltaje a tiempo.
Consolidando mis respuestas a su esquema agregado y preguntas:
Los principios en funcionamiento aquí son:
Aplique al condensador, durante un tiempo de referencia, una corriente proporcional a la tensión de entrada. De este modo, el condensador adquiere una cantidad de carga proporcional a la tensión de entrada. Luego aplique una corriente de referencia (negativa) al condensador, que se descargará a cero en una cantidad de tiempo proporcional a la carga, y por lo tanto proporcional a la tensión de entrada.
El circuito que mostraste para hacer esto es un integrador de amplificador operacional estándar, como se explica aquí: enlace y muchos otros Lugares si no te gusta ese :-).
Esto transforma el problema de comparar los voltajes de entrada y de referencia en una comparación de dos períodos de tiempo, lo cual es posible de hacer con bastante precisión (y utiliza convenientemente un contador digital). La precisión se facilita en gran medida al tener la misma resistencia y el mismo condensador que se utilizan tanto para la señal como para las fases de referencia.
Este método se usa en situaciones que deben ser precisas pero que pueden permitirse ser lentas, como en un multímetro digital.
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