Измерение параметров сигналов в электронных схемах.
Измерения напряжения и силы тока в электрических цепях относятся к наиболее распространенным видам измерений. При этом преобладающее значение имеет измерение напряжения, так как чаще всего этой величиной принято характеризовать режимы работы различных радиотехнических цепей и устройств. К тому же параллельный метод подключения вольтметра к участку цепи не приводит к нарушению электрических процессов в ней, поскольку входное сопротивление прибора выбирается достаточно большим. При измерениях же тока приходится размыкать исследуемую цепь и в ее разрыв последовательно включать амперметр, внутреннее сопротивление которого отлично от нуля. Однако в ряде случаев необходимы или прямые или косвенные измерения силы тока, поэтому вопросы измерения напряжения и силы тока рассматриваются совместно.
Задача измерения постоянных напряжения и силы тока заключается в нахождении их значения и полярности. Целью измерения переменных напряжения и силы тока является определение какого-либо их параметра.
Так как напряжение и сила тока связаны, согласно закону Ома, линейной зависимостью, чаще проводят измерение напряжения и по его значению аналитически вычисляют силу тока.
Напряжение между точками А и В есть скалярная величина, определяемая выражением:
= 
, (5.1), где 
– напряженность электрического поля; 
- расстояние между точками.
Современные методы и средства измерений позволяют измерять напряжения в диапазоне 
… 
В и силу тока в диапазоне 
… 
А. Вместе с тем даныые измерения должны осуществляться в очень широкой полосе частот – от постоянного тока до сверхвысоких частот.
|
|
|
Измерение параметров переменного напряжения – сложная метрологическая задача, связанная с обеспечением требуемого частотного диапазона и учетом формы кривой измеряемого сигнала. Переменное напряжение (переменный ток) промышленной частоты имеет синусоидальную форму
u(t)= 
sin(wt+φ) (5.2)
и его мгновенное значение u(t) характеризуется несколькими основными параметрами: амплитудой , круговой частотой w и начальной фазой φ.
Цифро-аналоговые преобразователи и аналогово-цифровые преобразователи.
(ЦАП) служат для преобразования информации из цифровой формы в аналоговый сигнал – суммирование токов и напряжений. ЦАП широко применяется в различных устройствах автоматики для связи цифровых ЭВМ с аналоговыми элементами и системами.
Принцип работы ЦАП состоит в суммировании аналоговых сигналов, пропорциональных весам разрядов входного цифрового кода, с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода.
|
|
|
ЦАП преобразует цифровой двоичный код Q4Q3Q2Q1в аналоговую величину, обычно напряжение Uвых. Каждый разряд двоичного кода имеет определенный вес i-го разряда вдвое больше, чем вес (i-1)-го. Работу ЦАП можно описать следующей формулой:
Uвых=e*(Q1 1+Q2*2+Q3*4+Q4*8+…), (1)
где e - напряжение, соответствующее весу младшего разряда, Qi - значение i -го разряда двоичного кода (0 или 1).
Например, числу 1001 соответствует
Uвых=у*(1*1+0*2+0*4+1*8)=9*e, а числу 1100
Uвых=e*(0*1+0*2+1*4+1*8)=12*e.
На рисунке 3.3.4.1 приведена схема цифро - аналогового преобразователя.
Рисунок 3.3.4.1 - Схема цифро-аналогового преобразователя
Упрощенная схема реализации ЦАП представлена на рис1. В схеме i – й ключ замкнут при Qi=1, при Qi=0 – разомкнут. Регистры подобраны таким образом, что R>>Rн.
Эквивалентное сопротивление обведенного пунктиром двухполюсника Rэк и сопротивление нагрузки Rн образуют делитель напряжения, тогда
Uвых = E*Rн / Rэк + Rн » E*Rн / Rэк (2)
Проводимость двухполюсника 1 / Rэк равна сумме проводимостей ветвей (при Qi=1 i – ветвь включена, при Qi=0 – отключена):
1 / Rэк = Q1 / 8R + Q2 / 4R + Q3 / 2R + Q4 / R (3)
Подставив (3) в (2), получаем выражение, идентичное (1)
Uвых = (8Е*Rн / R)*( Q1*1 + Q2*2 + Q3*4 + Q4*8 )
|
|
|
Очевидно, что е = 8Е*Rн / R. Выбором е можно установить требуемый масштаб аналоговой величины.
Аналогово-цифровые преобразователи. В информационных и управляющих системах часть (или вся) информация от датчиков бывает представлена в аналоговой форме. Для ее ввода в цифровые ЭВМ и цифровое управляющее устройство широко применяются аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). В большинстве случаев АЦП выполняют преобразование входного напряжения или тока в двоичный цифровой код.
Существуют различные типы АЦП. Мы остановимся лишь на тех типах, которые получили в настоящее время наибольшее распространение.
Рисунок 3.3.4.2 - Схема АЦП последовательного приближения
2.1. АЦП последовательного приближения (АЦППП). Структурная схема АЦППП приведена на рисунке 3.3.4.2. Схема работает следующим образом. Входной аналоговый сигнал Uвх перед началом преобразования запоминается схемой выборки – хранения ВХ, что необходимо, так как в процессе преобразования необходимо изменение аналогового сигнала. Далее по команде “Пуск” с помощью сдвигового регистра последовательно во времени каждый триггер Ti, начиная со старшего разряда, переводит в положение 1 соответствующий разряд ЦАП. Напряжение U1 (или ток) с выхода ЦАП сравнивается с входным аналоговым сигналом с помощью компаратора КП. Если U0 > U1, на выходе компаратора сохраняется низкий уровень и в триггере сохраняется единица, при U0 < U1 срабатывает компаратор и переводит триггер в положение 0. После окончания цикла на выходах триггеров получается двоичный код, соответствующий (при идеальных элементах) U0 с точностью до половины младшего разряда.
|
|
|
АЦП параллельного типа (АЦПП). Существенное уменьшение tпр удается получить в АЦП параллельного типа. Его структурная схема приведена на рис3. Здесь входная аналоговая величина U0 с выхода схемы ВХ сравнивается с помощью 2n+1 – 1 компараторов с 2(2n-1) эталонными уровнями, образованными делителями из резисторов равного сопротивления. При этом срабатывают m младших компараторов, образующих на выходах схем И-НЕ нормальный единичный код, затем который с помощью специального дешифратора ДШ преобразуется в двоичный выходной сигнал.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 729; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!