Разработка принципиальной схемы цифрового отсчёта тока нагрузки

Для измерения тока нагрузки используется аналого-цифровой преобразователь, основанный на принципе интегрирования входного сигнала и измерения времени этого процесса с последующим преобразованием его в цифровую форму.

Как известно, при подаче напряжения на вход интегратора, начинает изменяться напряжение на его выходе по прямолинейной зависимости, причём угол наклона прямой напрямую зависит от уровня входного напряжения. Напряжение на выходе интегратора достигает определённого уровня быстрее при большем уровне входного сигнала, поэтому это время напрямую не измеряется, а используется следующий принцип:

На вход интегратора подаётся напряжение, а на его выходе оно возрастает. Через некоторое время, ограниченное разрядностью счётчика импульсов, входной измеряемый сигнал отключается и подключается опорное напряжение обратной полярности. В этот момент счётчик сбрасывается и начинает отсчёт импульсов. Напряжение на интеграторе начинает убывать с постоянным и неизменным наклоном. Время, за которое напряжение упадёт до 0 прямо пропорционально уровню входного измеряемого сигнала, чем оно больше, тем больше потребуется времени. Длительность этого интервала преобразуется в цифровой вид и индицируется индикатором.

В разрабатываемом АЦП в начальный момент времени напряжение сброса низкого уровня с элементов времязадающей цепочки DD7.4, R52, C29 устанавливает счётчики и триггер в исходное состояние. При этом на инверсном выходе триггера появляется уровень логической 1, который подаётся на вход первого ключа DD5.1 и открывает его. Входной сигнал через этот ключ поступает на вход интегратора на элементах DA2, R50, C27. Одновременно с генератора импульсов сигнал подаётся на вход счётчика, который начинает отсчитывать входные импульсы. Напряжение на выходе интегратора возрастает по линейному закону с отрицательной полярностью, а напряжение на выходе компаратора положительной полярности.

Так как используется двоичный счётчик DD9, то для преобразования его в десятичный, сигнал сброса берётся с выходов 2 и 8 и подаётся на вход элемента И - НЕ. С выхода этого элемента сигнал сброса подаётся на вход R для сброса в нулевое состояние, а также на вход CJ следующего счётчика. Счётчик DD10 сбрасывается при каждом 6 импульсе на его входе.

Когда произойдёт переполнение всех счётчиков, сигнал сброса со второго поступит на инвертирующий вход S триггера и переведёт его в другое состояние, при котором на неивертирующем выходе появится уровень логической 1, закрывающий первый ключ и открывающий ключ DD5.2. При этом отрицательное напряжение заданной величины подаётся на вход интегратора, при этом на его выходе напряжение начинает убывать с постоянным наклоном. Также сигнал сброса переведёт оба счётчика в нулевое состояние и позволит им отсчитывать импульсы с генератора.

Когда напряжение на выходе интегратора станет равным нулю, на выходе компаратора появится нулевое напряжение, которое поступит на входы S дешифраторов DD11, DD12 и запишет двоичный код с выходов счётчиков в их регистры. В это же время на семисегментных индикаторах появится время отсчёта в цифровой форме. Напряжение низкого уровня с выхода компаратора также поступит на входы R счётчиков, сбросив их, и на инверсный вход R триггера переводя его в другое состояние. При этом процесс отсчёта начнёт выполняться сначала.

Сигнал сброса счётчиков немного отстаёт от сигнала с выхода компаратора за счёт наличия элементов DD8.1, DD8.2, это позволяет сначала записать двоичный код в регистры, а затем сбросить счётчики.

Измеряемое напряжение поступает на вход коммутатора с операционного усилителя DA1, выполняющего роль преобразователя тока в напряжение. Высокочастотное напряжение снимается со вторичной обмотки трансформатора T3, которое пропорционально току, текущему в первичной обмотке в момент открывания ключевых транзисторов преобразователя напряжения, а следовательно, и току нагрузки. Далее это напряжение выпрямляется диодом VD27, сглаживается конденсатором C25 и подаётся на вход DA1:

.

Выбор элементов