Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 10Следующая ⇒

АЦП служит для измерения напряжения, т.е. преобразования аналоговой информации в цифру. Амплитудам в диапазоне V_n + AV ставится в соответствие число п. Одной из характеристик АЦП является его разрядность, т.е. количество дискретных значений напряжения, на которые может делиться весь рабочий диапазон входных (анализируемых) напряжений. Когда АЦП используется для амплитудного анализа, число, получаемое на выходе АЦП используется для адресации памяти и называется номером канала, а V - шириной канала. Номер канала несет информацию об амплитудном значении сигнала. Амплитуда в свою очередь связана с измеряемой физической величиной (энергией, временем и т.п.). Максимальное количество каналов связано с разрядностью АЦП. АЦП нередко служат интерфейсом между измерительной аппаратурой и компьютером. (Многоканальные анализаторы, в состав которых входят АЦП, по сути, специализированные ЭВМ.)

Современные АЦП обычно имеют до 14 двоичных разрядов (16384 каналов). В зависимости от требований эксперимента измерения могут производиться при разных диапазонах конверсии (512, 1024 и т.д.) вплоть до максимального, определяемого разрядностью АЦП, важными характеристиками АЦП, используемых для спектроскопии, являются интегральная и дифференциальная нелинейности.

Рис. 14. Идеальная (сплошная зеленая линия) и реальная функция преобразования АЦП

Интегральная нелинейность I_int характеризует отклонение реальной функции преобразования (штрихпунктир) от идеальной линейной (сплошная линия) (см. рис. 1). Интегральная нелинейность I_int определяется следующим образом.

I_int% = 100(V_nom - V_act)/V_max,

где (V_nom - V_act) - максимальное отклонение от линейности.
Дифференциальная нелинейность I_dif характеризует неоднородность ширин каналов АЦП и определяется следующим образом.

I_dif% = 50(W_max - W_min)/W_avg,

где W_max, W_min и W_avg - максимальная, минимальная и средняя ширины каналов.
У качественных АЦП дифференциальная нелинейность ~1%, а интегральная <0.05% при 12-разрядном (4096 каналов) преобразовании.

В промышленной электронике было разработано много методов преобразования аналоговых величин в цифровой код. Однако в ядерной электронике используются только некоторые из них. В основном используются АЦП вилкинсоновского типа и АЦП поразрядного взвешивания. В последнее время в ядерной электронике стали использоваться и параллельные АЦП, входящие в состав цифровых процессоров сигналов.

Рис. 15. Сигналы в АЦП во время измерения.

а)

б)

в)

Рис. 16. Циклы работы АЦП.

Принцип работы АЦП (D.H Wilkinson) основан на преобразовании амплитуда - время. Входной импульс поступает на дискриминатор нижнего уровня, уровень дискриминации которого обычно устанавливается выше уровня шумов (см. рис. 15). Когда уровень входного сигнала достигнет уровня дискриминации, линейные ворота открываются, и накопительная емкость С соединяется с входом (рис. 16а). Начинается заряд емкости до амплитудного значения входного сигнала. Когда емкость зарядится, линейные ворота закрываются, накопительная емкость отсоединяется от входа и присоединяется к источнику постоянного тока (рис. 16б). Начинается линейный разряд емкости. В это же время таймирующий (времязадающий) генератор подключается к адресному счетчику, который начинает считать импульсы таймирующего генератора. Частота генератора обычно 100 - 200 МГц. Когда емкость полностью разрядится, накопительная емкость отсоединяется от источника постоянного тока, а таймирующий генератор отсоединяется от адресного счетчика (рис. 16в) и начинается цикл записи в память. Число сосчитанных во время разряда емкости импульсов определяет время разряда накопительной емкости, а время линейного разряда пропорционально амплитуде анализируемого импульса. Полученное в адресном счетчике число (код) используется для адресации соответствующей ячейки памяти, куда добавляется единица.

Мертвое время у этого АЦП складывается из

= T_r + T_c + T_mc,

где Т_г - время достижения максимума импульса, Т_с - время конверсии, T_mc - время цикла записи. Времена T_r и T_mc около 1 мкс. Основной вклад в мертвое время вносит время конверсии, которое зависит от амплитуды входного импульса или соответственно от номера канала n (Т_с = nT_gen), где T_gen - период таймирующего генератора. Так Т_с = 10 мкс при частоте генератора 100 МГц и п = 1000.

У АЦП вилкинсоновского типа малые интегральная и дифференциальная нелинейности, однако относительно большое мертвое время, которое к тому же зависит от амплитуды.

Преобразователь аналоговых сигналов состоит из следующих плат:

- формирователь запускающих импульсов;

- видеоусилитель;

- формирователь метки дальности;

- Датчики развертывающие напряжение курса и глиссады;

- Блок электронные индикации положения антенны курса и глиссады.

а) Формирователь запускающих импульсов предназначен для генерирования запускающих импульсов. Обеспечивающих синхронную работу всех элементов радиолокатора. Этот канал имеет два режима, одним из которых является режим собственного генерирования с частотой следования 2400 и 1200 Гц, а другим - режим внешнего запуска от компенсатора (при работе : радиолокатора в режиме СПЦ с чередующийся частотой следования 2400 и 3000 Гц). Запускающие импульсы с частотой следования 2400 Гц и 3000 Гц додаются на запуск всех элементов радиолокатора в режимах СПЦ и пассивной работы.

Запускающие не задержанные импульсы с частотой следования 1200 Гц подаются на запуск передатчика и элементов ВАРУ приемника, а запускающие задержанные импульсы с частотой следования 1200 Гц - на запуск всех элементов индикаторного устройства.

Импульсы канала запуска подаются в формирователь меток дальности, и на запуск передающего устройства.

б) Видеоусилитель предназначен для согласование и усиление в АКТ и ПАСС режиме. В качестве видеоусилитель служит микросхема AD8054.

AD8054 (четырехканальный) - это недорогие, быстродействующие усилители с обратной связью по напряжению. Они работают с напряжениями питания +3 В, +5 В или ±5 В и имеют низкий потребляемый ток. Компоненты в полной мере поддерживают однополярное питание и способны работать с входными напряжениями в диапазоне от 200 мВ ниже отрицательного напряжения питания до 1 В ниже положительного напряжения питания.

Несмотря на низкую стоимость AD8051/AD8052/AD8054 обладают превосходными совокупными показателями и универсальностью. Выходное напряжение может достигать значений, не доходящих 25 мВ до каждого из напряжений питаний, за счет чего обеспечивается максимальный динамический диапазон выходного сигнала и превосходные характеристики восстановления после перегрузки.

AD8051/AD8052/AD8054 хорошо подходят для применения в видеокамерах, коммутаторах видеосигналов, а также любом другом портативном быстродействующем оборудовании. Малые искажения и короткое время усыновления делают их идеальным выбором для использования в активных фильтрах .

Версии AD8051/AD8052 в 8-выводном корпусе SOIC, AD8052 в корпусе MSOP и AD8054 в 14-выводных корпусах SOIC и TSSOP поддерживают работу в расширенном температурном диапазоне от -40°С to +125°С.

На вход микросхему подается видеосигналы с приемника ПРЛ. А так жe подсвет рабочего сектора. В плате видеоусиления предусмотрена возможность выбора видеосигнала, при этом на экране монитора подать либо АКТ :сигнал, либо ПАСС (СПЦ) сигнал, либо их смесь - АКТ + ПАСС (СПЦ).

в) Формирователь метки дальности предназначен для генерирования и формирования однокилометровых, пятикилометровых и пятнадцатикилометровых масштабных меток дальности.

В качестве формирователь метки дальности служит микросхема СМР401. Функции электроизмерительных клещей СМР-401:

- измерение постоянного/переменного тока до 400А;

- измерение напряжения постоянного/переменного тока до 600 В;

- измерение сопротивления до 40МОм с разрешением от 0,1 Ом;

- измерение температуры 50 С;

- измерение частоты до 10 кГц;

- тестирование диодов;

- контроль целостности электрических соединений;

- бесконтактная индикация напряжения переменного тока;

- автоматический или ручной выбор измерительных диапазонов;

- режим относительных измерений.

Технические характеристики электроизмерительных клещей СМР-401:

Измерение постоянного тока. Диапазон: 40 А, 400 А. Разрешение: 0,01 А, 0,1 А. Основная погрешность: ± (2,5% и. в. + 8 е. м. р.); ± (2,8% и. в. + 8 е. м. р.); Измерение переменного тока. Диапазон: 4 А, 40 А, 400 А . Разрешение: 0,001 А, 0,01 А, 0,1 А.

Основная погрешность: = < 2,5% и. в.+ 12 е. м. р.); = (2,5% и. в. + 8 е. м. р.); = ( 2,8% и. в. + 8 е. м. р.); Частота: 50..60Гц.

Измерение напряжения постоянного тока: Диапазон: 400,0 мВ, 4,000 В, 40,00 В, 400,0 В, 600 В. Разрешение: 0,1 мВ, 0,001 В, 0,01 В, 0,1 В, 1 В. Основная погрешность: = (0,8% и.в. + 2 е.м.р.); =(1,5% и.в. + 2 е.м.р.); = (2% и. в. + 2 е. м. р.).

Измерение напряжения переменного тока: Диапазон: 400,0 мВ, 4,000 В, 40,00 В, 400,0 В, 600 В Разрешение: 0,1 мВ, 0,001 В, 0,01 В, ОД В, 1 В Основная погрешность: ±(1,5% и.в.+ 30 е.м.р.); ±(1,5% и.в.+ 8 е.м.р.); ± (2,5% и. в. + 8 е. м. р.). Частота: 50..60 Гц. Измерение сопротивления:

Диапазон: 400,0 Ом, 4,000 кОм, 40,00 кОм, 400,0 кОм, 4,000 МОм, 40,00 МОм,;

Разрешение: 0,1 Ом, 0,001 кОм, 0,01 кОм, 0,1 кОм, 0,001 МОм, 0,01 Мом.

Диапазон: 10,00...49,99 Гц, 50...511,9 Гц, 0,512 ...5,119 кГц, 5,12... 10,00 кГц;

Разрешение: 0,01 Гц, 0,1 Гц, 0,001 кГц, 0,01 кГц ;

Основная погрешность: ± (1,5% и. в. + 2 е.м.р.);

Чувствительность: 100В(<50Гц), 50В(50...400Гц); 5В(401Гц...10кГц).

Диапазон: 40,00 нФ, 400,0 нФ, 4,000 цФ, 40,00 цФ, 100,0 цФ.

Разрешение: 0,01 нФ, 0,1 нФ, 0,001 цф, 0,01 цф, ОДцФ.

Измерение температуры:

Диапазон: -20,0...760,0°С, -4.0... 1400,0°F.

Категория безопасности согласно PN-EN 61010-1:2002 III 600 В

Уровень защиты корпуса согласно PN-EN 60529 IP40

Питание 9 В типа 6LR61

Максимальный диаметр обхвата 030мм

Габариты 197 х 70 х 40 мм.

Масса ок. 180 г .

Температура рабочая 5.. .40°С.

Температура хранения - 20..+60°С.

Время бездействия до авто выключения 30 минут.

Дисплей жидкокристаллический 4000 знаков.

Стандарт качества ISO 9001 .

г) Датчики развертывающие напряжение курса и глиссады развертывающего напряжения вырабатывает напряжение развертывания, пропорциональное углу поворота антенны.

д) Блок электронные индикации положения антенны курса и глиссады вырабатывает напряжения, пропорциональные углу поворота антенны глиссады и углу наклона антенны курса, а также прямоугольные импульсы угловой метки для получения электронной индикации положения антенн непосредственно на экранах индикаторов.

В качестве электронные индикации положения антенны курса и глиссады служит два микросхемы ОР497.

ОР497 является четырехядерный ОУ с выполнением точности в компактный, стандартной 16 -выводном Sole пакета . Сочетание исключительной точности, с низким энергопотреблением и крайне низкий входной ток смешения делает четырех ядерный ОР497 полезно в широком спектре приложений.

Производительность Precision из ОР497 включает в себя очень малое смещение (<50 мкВ ) и низкой дрейф (<0,5 мкВ / ° С). Усиления разомкнутого контура превышает 2000 V / мВ , обеспечивающий высокую линейность в каждом приложении . Ошибки, вызванные сигналов синфазных устраняются его синфазного отказ от > 120 дБ . ОР497 имеет отказ электроснабжения > 120 дБ . который минимизирует смещение изменения напряжения большой опыт в системах с батарейным питанием . В настоящее время поставки в ОР497 является < 625 мкА на усилитель , и она может работать с напряжением питания как низко как ± 2 В.

ОР497 использует Super Beta входной каскад с тока смещения отмены поддерживать picoamp ток смещения при всех температурах. Это в отличие от Фета входные ОУ , чьи смещения токи начать в диапазоне picoamp при 25 ° С, но двойные для каждого подъема 10 ° С температуры достиг диапазона нано ампер выше 85 С. Входной ток из ОР497 является 100 Па при 25 С.

Рисунок 17. Функциональная схема индикаторно го устройства ПРЛ.

7. Разработка и обоснование принципиальной схемы индикаторного устройства

Исходя из функциональной схемы необходимо разработать принципиальную схему с параметрами не хуже существующей и обеспечивающей нормальную работу с аппаратурой РСП-10МН.

Канал запускающих импульсов имеет два режима, одним из которых является режим собственного генерирования с частотой следования 2400 и 1200 Гц, а другим - режим внешнего запуска от компенсатора (при работе радиолокатора в режиме СПЦ с чередующийся частотой следования 2400 и 3000 Гц) поступает на вход операционного усилителя. На выходе транзисторного ключа формируется запускающий импульс, поступающий через коллекторный контакт на блок подмодулятора и управления стойки передатчика ДРЛ. На выходе получаем метки дальности 1км, 5км, 15км. Эти сигналы поступают на процессор цифровой обработкой сигналов.

В качестве видеоусилителя служит микросхема AD8054. На вход канала видеоусилитель подается видеосигналы с приемника ПРЛ. А также подсвет рабочего сектора. В плате видеоусиления предусмотрена возможность выбора видеосигнала, при этом на экране монитора подать либо АКТ сигнал, либо ПАСС (СПЦ) сигнал, либо их смесь - АКТ + ПАСС (СПЦ). Эти сигналы поступают на процессор цифровой обработки сигналов.

Для получения развертывающего напряжения курса и развертывающего напряжения глиссады в блоке индикатора курса используется два одинаковых микросхем ОР497, каждый из которых соединен с соответствующим сельсином-датчиком угла курсовой антенны и сельсином-датчиком угла глиссадой антенны. Развертывающего напряжения курса и развертывающего напряжения глиссады через эмиттерный повторитель поступает на вход аналоговый - цифровой преобразователь. С выхода получаем цифровые сигналы, эти сигналы поступает на процессор цифровой обработкой сигналов.

В качестве электронные индикации положения антенны курса и глиссады служит два микросхемы ОР497. Эти индикации положения антенны курса и глиссады через эмиттерный повторитель поступает на вход аналоговый - цифровой преобразователь. С выхода получаем цифровые сигналы, эти сигналы поступает на процессор цифровой обработкой сигналов.

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 330; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!