thumb|right|250px|Četvorokanalni stereo multipleksovani analogno digitalni konverter -{WM8775SEDS}- Analogno-digitalni konvertor (ADC) je elektronsko kolo koje ulazni analogni signal pretvara u digitalni oblik.

ADC se primjenjuju u svim digitalnim instrumentima, gdje se rezultat mjerenja analogne veličine prikazuje na cifarskom indikatoru. Ako je digitalni instrument namijenjen samo za prikazivanje izmjerene veličine, tada brzina konverzije nije od značaja, već samo rezolucija, linearnost i tačnost. Za ovu primjenu najpogodniji je ADC sa dvojnom integracijom, koji se odlikuje jednostavnom konstrukcijom, visokom tačnošću (±0.005%), vrlo sporim radom (20 mjerenja/s) i velikom rezolucijom. Tačnost konverzije ADC sa dvojnom integracijom zavisi od tačnosti referentnog napona, a vrijeme konverzije je zanemarljivo malo u poređenju sa vremenom potrebnim da se pročita mjerni rezultat.

400px|центар Na slici je prikazana jednostavna blok šema digitalnog voltmetra za jednosmjerni napon. U digitalnom voltmetru se najprije izvrši slabljenje, odnosno pojačanje mjerenog napona, zatim njegovo uobličavanje, da bi se potom obavljalo pretvaranje jednosmjernog napona u digitalni oblik u analogno-digitalnom konvertoru, i na kraju prikazivanje rezultata mjerenja na digitalnom indikatoru.

AD konvertor sa dvojnom integracijom 500px|десно|мини|Principijelna šema ADC sa dvojnom integracijom 350px|десно|мини|Vremenski dijagram ADC sa dvojnom integracijom

ADC sa slike konvertuje samo negativne ulazne napone. Mjereni jednosmjerni napon dovodi se na ulazni oslabljivač (otpornički djelitelj napona) ili pojačavač, gdje se u zavisnosti od vrijednosti pojačava ili slabi, tako da se dobije vrijednost napona -{Vul}- unutar normiranog područja. Početak konverzije se zadaje signalom START koji resetuje brojač, a preko kontrolne logike (-{KL}-) otvara prekidač -{P2}- i prebacuje prekidač -{P1}- u položaj 1 (na ulazu integratora je napon –-{Vul}-). Sada napon na izlazu iz integratora -{Vin}- linearno raste u skladu sa:

Pošto je na ulazu komparatora pozitivan napon, izlaz komparatora postaje -{K}- = 1. Brojač počinje da broji, jer se otvara logička I kapija (takt impulsi dolaze na kapiju iz generatora taktnih impulsa). Integraljenje napona se odvija tokom precizno određenog fiksnog vremenskog intervala T1. Njegovo trajanje određuje brojač, i ono odgovara vremenu potrebnom da brojač izbroji maksimalno mogući broj impulsa -{N1}- ( na svim izlazima brojača je visok naponski nivo, odnosno logičke jedinice), pa se generiše impuls -{CO}- = 1. Po isteku vremenskog intervala T1, tj u trenutku -{t1}-, linearno rastući napon na izlazu iz integratora -{Vin1}- dostigao je maksimalnu vrijednost -{Vm}- jednaku:

čime je završen prvi takt integraljenja. Nagib linearno rastućeg napona Vin1 i njegova maksimalna vrijednost Vm direktno su proporcionalni mjerenom naponu. Impuls -{CO}- = 1 preko -{KL}- prebacuje prekidač -{P1}- u položaj 2, odnosno priključuje pozitivan referentni napon -{Vref}-. Tada izlazni napon integratora počinje linearno da opada, a brojač počinje da broji od nule unutar novog vremenskog intervala -{T2 = t2 - t1}-. Linearno opadajući napon -{Vin2}- određen je novom jednakošću:

Nagib linearno opadajućeg napona je konstantan i nezavistan od mjerenog napona. Kada napon integratora opadne na nulu (trenutak -{t2}-), komparator zaustavlja brojač (K=0, logičko I kolo sprečava prolazak takt impulsa do brojača), nakon čega -{KL}- zatvara prekidač -{P2}-. U trenutku -{t2}- napon na izlazu iz integratora je jednak nuli, odnosno:

Zamjenom -{Vm}- u prethodnu jednačinu, dobija se:

Za vrijeme T1 brojač je izbrojao -{N1}- taktnih impulsa periode T0, a za vrijeme T2 brojač je izbrojao -{N2}- taktnih impulsa. Konačno je:

Broj -{N2}- u brojaču proporcionalan je apsolutnoj vrijednosti ulaznog napona. Ne zavisi ni od vremenske konstante -{RC}- integratora, ni od periode taktnih impulsa T0. Na tačnost konverzije utiče jedino tačnost referentnog napona.

Na dijagramu je prikazana promjena napona Vin za dvije različite vrijednosti ulaznog napona, -{Vul2 > Vul1}-. Sa dijagrama se vidi da će za veću apsolutnu vrijednost ulaznog napona, -{Vin}- dostići veću vrijednost za isto vrijeme T1, tako da će biti potrebno duže vrijeme da napon integratora padne na nulu, kada je priključen referentni napon Vref.

Ovim ADC postiže se vrlo visoka tačnost i velika rezolucija, a zbog jednostavne konstrukcije, cijena mu je niža od ostalih konvertora. Nedostatak je dugo vrijeme konverzije. Maksimalna apsolutna vrijednost ulaznog napona mora biti manja od referentnog napona, kako ne bi došlo do prekoračenja brojač (tada bi vrijeme T2 bilo duže od T1).

Kao i svako električno kolo tako i ADC ima greške u radu. One se javljaju u procesu konverzije iz jednog domena u drugi, a kao posljedica raznih faktora. Glavni uzroci koji prouzrokuju greške su neidealnost karakteristika pojačavača, starenje elemenata, temperatura okoline, tolerancija, nesimetričnost, uticaj ofseta napona i struje i mnoge druge. U zavisnosti od uzroka postoje razne vrste grešaka, od kojih su najznačajnije: greška kvantizacije, diferencijalna nelinearnost, integralna nelinearnost, ofset greška i greška pojačanja.

Ulazno analogno kolo U ulazno analogno kolo digitalnog voltmetra, koji se nalazi od ulaznih priključaka do ADC, spadaju ulazni oslabljivač i pojačavači, podsklopovi za linearizaciju, ukoliko su potrebni i ispravljači naizmjeničnog napona u jednosmjerni i drugi. Mjereni napon se priključuje preko ulaznog oslabljivača, koji je najčešće otpornički djelitelj napona.sa pogodno izabranim otpornicima. Preklopnik, kojim se bira opseg mjerenog napona, jednovremeno priključuje i odgovarajuću LED diodu, koja osvjetljava decimalnu tačku. Obično se nalazi i jedan redno vezan otpornik i dvije diode, koje služe da zaštite ulazni pojačavač od prenapona u slučaju pogrešnog izbora opsega. Ulazni pojačavač može biti invertujući , neinvertujući, jedinični, a za vrlo male napone reda -{mV}- diferencijalni ili instrumentacioni pojačavač.

Invertujući pojačavač Izlazni napon je

Znak “–“ indicira da se na izlazu pojačavača dobija napon suprotnog polariteta, odnosno invertovan napon.

Neinvertujući pojačavač Izlazni napon pojačavača je

Pojačanje zavisi samo od odnosa otpornosti otpornika koji se mogu odabrati tako da su, praktično, neosjetljivi na uticaje temperature i na druge moguće uticaje. Specijalan slučaj neinvertujućeg pojačavača, za -{R}-2→∞ i -{R}-1=0, naziva se jedinični pojačavač.

Ovdje su ulazni i izlazni naponi jednaki. Upotrebljava se u kolima kao razdvojni stepen, te predstavlja idealno rješenje kada je potrebno povezati sklop koji ima veoma veliku izlaznu impedansu sa sklopom koji ima malu ulaznu impedansu. Kao takav on sprečava uticaj opterećenja na sam izvor signala.

Instrumentacioni pojačavač 500px|десно|мини|Instrumentacioni pojačavač

Kod pojačanja jednosmjernog napona, direktno spregnuti pojačavači kod kojih se više stepeni pojačanja neposredno vezuju jedan za drugim, predstavljaju idealno rješenje, posebno sa stanovišta donje granične frekvencije. Međutim, pojava drifta u ulaznom stepenu koji se pojačava kroz svaki naredni pojačavački stepen, dovodi do njegovih nedopustivo velikih vrijednosti na izlazu. Zbog toga se za pojačanje jednosmjernog napona primjenjuju diferencijalni pojačavači sa promjenljivim pojačanjem ili instrumentacioni pojačavači. Diferencijalni pojačavač ima izvanredne osobine kako u pogledu potiskivanja signala srednje vrijednosti, tako i u pogledu ulazne otpornosti i ofseta izlaznog napona. Osim toga, diferencijalno pojačanje se može lako podešavati bez ikakvog uticaja na simetriju. Ovo ga čini nezamjenljivim za pojačanje jednosmjernih ili sporopromjenljivih signala u prisustvu smetnji. Kako diferencijalni pojačavači imaju mali drift, gotovo isključivo se primjenjuju kod pojačanja jednosmjernih napona reda -{mV}- (npr termonapon).

Pošto je uspostavljena negativna povratna sprega na prvom i drugom operacionom pojačavaču, to su i naponi na njihovim ulazima jednaki

-{V'1}- i -{V'2}- su ulazni naponi diferencijalnog pojačavača čiji je izlazni napon:

Napon na izlazu instrumentacionog pojačavača je:

Pojačanje instrumentacionog pojačavača može se mijenjati promjenom otpornosti nekog od otpornika kola. Za tu svrhu najpogodniji je otpornik -{R1}-, jer jedino on nije uparen.

Osnovne komponente ADC sa dvojnom integracijom Osnovne komponente ADC sa dvojnom integracijom su: integrator, komparator, kontrolna logika, logička kola i brojač.

Integrator 300px|десно|мини|Vremenski dijagram napona Integrator sa operacionim pojačavačem je prikazan na slici:

Izlazni napon predstavlja integral ulaznog napona u određenom opsegu. Kako se strujom puni kondenzator, sa smjerom kao na slici, to će napon na izlazu biti:

Dovođenjem konstantnog napona na ulaz integratora (-{Vu = V = const.}-), može se na njegovom izlazu dobiti napon koji linearno zavisi od vremena:

Prethodna razmatranja važe samo za slučaj kada je prekidač -{P}- otvoren. Ukoliko je prekidač P zatvoren, kondenzator se preko njega trenutno prazni, i izlazni napon postaje nula. Prekidač -{P}- može biti bilateralni prekidač. U tom slučaju bi se njime moglo upravljati impulsima sa nekog astabilnog multivibratora. Tada bi prekidač bio zatvoren za vrijeme dok impuls traje, dok bi u toku trajanja pauze bio otvoren. Ovdje treba voditi računa da se ulaznim naponom operacioni pojačavač ne dovede u zasićenje, jer bi tada izlazni napon bio konstantan.

Komparator 150px|десно|мини|Simbol komparatora 250px|десно|мини|Naponska prenosna karakteristika idealnog komparatora

Naponski komparator je elektronsko kolo sa ulaznim diferencijalnim analognim ulazom i binarnim izlazom, a služi za poređenje analognog ulaznog napona -{Vul}- sa referentnim naponom -{Vref}-. U zavisnosti od polariteta diferencijalnog ulaznog napona -{Vd}-, izlaz je na visokom -{V0H}- ili na niskom -{V0L}- logičkom nivou. Na izlazu idealnog operacionog pojačavača mogu se pojaviti samo vrijednosti napona napajanja operacionog pojačavača ili manje. Referentni napon mora da bude manji od napona napajanja operacionog pojačavača. Kod idealnog komparatora važi:

Ako je -{Vi}- između -{V0L}- i -{V0H}-, onda je -{Vd}- = 0. Ukoliko se primijeni operacioni pojačavač sa jednostrukim napajanjem, odnosno kada je -{Vref}- = 0 (komparator nultog nivoa), izlazni napon će imati vrijednosti -{V0H}- i nulu.

Pojačanje idealnog komparatora je:

Ako se radi o komparatoru sa konačnim pojačanjem, onda je naponska prenosna karakteristika ovakva: 250px|десно|мини|Naponska prenosna karakteristika komparatora sa konačnim pojačanjem

Kada je:

onda je izlazni napon: , gdje je konačno pojačanje:

Kontrolna logika 400px|десно|мини|Kontrolna logika ADC sa dvojnom integracijom Jedno rješenje kontrolne logike kod ADC sa dvojnom integracijom prikazano je na slici. Sastavljena je od od -{RS}- i -{D}- flipflopova, monostabilnog multivibratora i logičkih I kola.

Impuls START postavlja izlaz prvog i drugog flipflopa na -{Qs1 = Qs2 = 1}- i resetuje brojač, a napon integratora počinje da raste. Brojač počinje da broji od trenutka to kada je zbog pozitivnog napona -{Vin, K = 1}-. Nakon što je brojač izbrojao maksimalan broj impulsa naredni -{CLK}-, u trenutku -{t1}-, generiše signal -{CO}- i postavlja sve nule na brojaču.