Laboratorium Miernictwa Elektronicznego

Sprawozdanie nr 2

Grupa nr 1:

Marcin Dobiaszewski

Tomasz Kępski

4 III 1998

1. Temat:

Przetworniki cyfrowo—analogowe; pomiary właściwości, aplikacje pomiarowe.

1. Cel:

Przedstawienie istoty pracy przetwornika c/a, źródeł błędów przetwarzania, sposobu definiowania i pomiaru parametrów przetworników c/a, oraz zaprezentowanie przykładowych zastosowań przetworników w sprzęcie elektronicznym.

1. Użyte przyrządy:

Makieta dydaktyczna przetwornika c/a

• zakres przetwarzania: 10,23V

• ziarno: 0,01V

Multimetr cyfrowy V563

• błąd podstawowy: ,

Oscyloskop GoldStar OS-9020G

Komputer PC z programem PolLab

1. Przebieg ćwiczenia:

W celu zmierzenia dokładności przetwarzania przetwornika, wyznaczenia zależności analitycznej dokładności przetwarzania dla dowolnej nastawy oraz wpływu zmian napięcia zasilania na dokładność przetwarzania przeprowadzono pomiary napięcia wyjściowego dla 23 nastaw z uwzględnieniem czterech różnych poziomów napięcia zasilania. Pomiary przeprowadzono w układzie przedstawionym na schemacie 1, a wartości odczytów zawiera tabela 1.

Schemat 1 — Układ do pomiaru dokładności przetwarzania

Tabela 1

[%]:										+	+10	+10	-10	-10
										-	+10	-10	-10	+10
											[V]
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	-5,11	-5,11	-5,11	-5,11	-5,12
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	-5,10	-5,10	-5,10	-5,10	-5,11
2	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	-5,09	-5,09	-5,09	-5,09	-5,10
4	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	-5,07	-5,07	-5,07	-5,07	-5,08
8	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	-5,03	-5,03	-5,03	-5,03	-5,04
16	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	-4,95	-4,95	-4,95	-4,95	-4,96
32	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	-4,79	-4,79	-4,79	-4,79	-4,80
64	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	-4,475	-4,47	-4,47	-4,47	-4,48
128	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	-3,83	-3,83	-3,825	-3,825	-3,84
192	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	-3,19	-3,19	-3,19	-3,19	-3,20
256	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	-2,555	-2,55	-2,55	-2,55	-2,56
320	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	-1,91	-1,91	-1,91	-1,905	-1,92
384	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	-1,27	-1,27	-1,27	-1,27	-1,28
448	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	-0,635	-0,635	-0,635	-0,63	-0,64
512	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
576	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0,64	0,64	0,64	0,64	0,64
640	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1,28	1,28	1,28	1,28	1,28
704	1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	1,925	1,925	1,925	1,925	1,92
768	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	2,56	2,56	2,56	2,56	2,56
832	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	3,20	3,20	3,20	3,20	3,20
896	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	3,84	3,84	3,845	3,845	3,84
960	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	4,48	4,48	4,48	4,48	4,48
1023	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	5,105	5,11	5,11	5,11	5,11

Oznaczenia:

• — wahania napięcia zasilania,

• — nastawa (słowo wejściowe),

• — wartość dziesiętna nastawy,

• — poszczególne bity słowa wejściowego,

• — napięcie wyjściowe,

• — napięcie wyjściowe zmierzone,

• — napięcie wyjściowe nominalne,

Pomiar parametrów dynamicznych przeprowadzono w układzie ze schematu 2., dla częstotliwości zmian nastawy wynoszącej10kHz. Uzyskano obraz zmian odpowiedzi przetwornika na zmianę nastawy przedstawiony na rysunku 1. i na jego podstawie wyznaczono następujące wartości parametrów:

• szybkość narostu: ,

• czas ustalania:

• przepięcie: 0,1V,

Układ dawał prostokątną odpowiedź na zmiany nastawy z częstotliwością w zakresie od 1Hz do 100kHz.

Schemat 2 — Układ do mierzenia parametrów dynamicznych

Rysunek 1 — Obraz skoku napięcia wyjściowego uzyskany na oscyloskopie

1. Obliczenia i analiza wyników:

Korzystając ze wskazań przyrządów z tabeli 1. obliczono wartości błędów dla dokonanych pomiarów. Wyniki obliczeń zebrano w tabeli 2.

Tabela 2

c:	+	+10%		+10%		-10%		-10%
	-	+10%		-10%		-10%		+10%
	[V]	[V]	[%]	[V]	[%]	[V]	[%]	[V]	[%]
0	-5,12	-5,11	0,30	-5,11	0,30	-5,11	0,30	-5,11	0,30
1	-5,11	-5,10	0,30	-5,10	0,30	-5,10	0,30	-5,10	0,30
2	-5,10	-5,09	0,30	-5,09	0,30	-5,09	0,30	-5,09	0,30
4	-5,08	-5,07	0,30	-5,07	0,30	-5,07	0,30	-5,07	0,30
8	-5,04	-5,03	0,30	-5,03	0,30	-5,03	0,30	-5,03	0,30
16	-4,96	-4,95	0,31	-4,95	0,31	-4,95	0,31	-4,95	0,31
32	-4,80	-4,79	0,31	-4,79	0,31	-4,79	0,31	-4,79	0,31
64	-4,48	-4,475	0,32	-4,47	0,32	-4,47	0,32	-4,47	0,32
128	-3,84	-3,83	0,34	-3,83	0,34	-3,825	0,34	-3,825	0,34
192	-3,20	-3,19	0,38	-3,19	0,38	-3,19	0,38	-3,19	0,38
256	-2,56	-2,555	0,45	-2,55	0,45	-2,55	0,45	-2,55	0,45
320	-1,92	-1,91	0,57	-1,91	0,57	-1,91	0,57	-1,905	0,57
384	-1,28	-1,27	0,82	-1,27	0,82	-1,27	0,82	-1,27	0,82
448	-0,64	-0,635	1,6	-0,635	1,6	-0,635	1,6	-0,63	1,6
512	0	0	5	0	5	0	5	0	5
576	0,64	0,64	1,6	0,64	1,6	0,64	1,6	0,64	1,6
640	1,28	1,28	0,81	1,28	0,81	1,28	0,81	1,28	0,81
704	1,92	1,925	0,56	1,925	0,56	1,925	0,56	1,925	0,56
768	2,56	2,56	0,45	2,56	0,45	2,56	0,45	2,56	0,45
832	3,20	3,20	0,38	3,20	0,38	3,20	0,38	3,20	0,38
896	3,84	3,84	0,34	3,84	0,34	3,845	0,34	3,845	0,34
960	4,48	4,48	0,32	4,48	0,32	4,48	0,32	4,48	0,32
1023	5,11	5,105	0,30	5,11	0,30	5,11	0,30	5,11	0,30

Oznaczenia:

• — błąd pomiaru napięcia,

Na podstawie tych obliczeń sporządzono wykres 1.

Jak łatwo zauważyć pomiary były najdokładniejsze dla skrajnych wartości mierzonego napięcia.

Dokładność przetwarzania dla danej nastawy wyraża się wzorem:

i dla przetwornika idealnego wynosi 0.

Dokładności przetwarzania dla zbadanych nastaw zebrano w tabeli 3.

Tabela 3

[%]:	+	+10	+10	-10	-10
	-	+10	-10	-10	+10
	[V]	[V]
0	-5,12	0,026	0,026	0,026	0,026
1	-5,11	0,026	0,026	0,026	0,026
2	-5,10	0,026	0,026	0,026	0,026
4	-5,08	0,026	0,026	0,026	0,026
8	-5,04	0,026	0,026	0,026	0,026
16	-4,96	0,026	0,026	0,026	0,026
32	-4,80	0,025	0,025	0,025	0,025
64	-4,48	0,020	0,025	0,025	0,025
128	-3,84	0,024	0,024	0,029	0,029
192	-3,20	0,023	0,023	0,023	0,023
256	-2,56	0,017	0,022	0,022	0,022
320	-1,92	0,021	0,021	0,021	0,026
384	-1,28	0,021	0,021	0,021	0,021
448	-0,64	0,016	0,016	0,016	0,021
512	0	0,00	0,00	0,00	0,00
576	0,64	0,011	0,011	0,011	0,011
640	1,28	0,011	0,011	0,011	0,011
704	1,92	0,016	0,016	0,016	0,016
768	2,56	0,012	0,012	0,012	0,012
832	3,20	0,013	0,013	0,013	0,013
896	3,84	0,014	0,014	0,019	0,019
960	4,48	0,015	0,015	0,015	0,015
1023	5,11	0,011	0,016	0,016	0,016

Średnią dokładność przetwarzania można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

• — dokładność przetwarzania dla danej nastawy,

Takie obliczenie wymagałoby przeprowadzenia 1023 pomiarów, dlatego obliczyliśmy średnią dokładność przetwarzania na podstawie pomiarów dla siedemnastu nastaw wybranych równomiernie z całego zakresu 0 - 1023 (a więc dla nastaw: 0, 64, 128, 192, 256, 320, 384, 448, 512, 576, 640, 704, 768, 832, 896, 960, 1023). Wyniki przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4

[%]:	+	+10	+10	-10	-10
	-	+10	-10	-10	+10
		[V]
		0,016	0,017	0,018	0,019

1. Wnioski:

Badany przetwornik charakteryzował się dość dobrymi właściwościami dynamicznymi i dużym zakresem częstotliwości zmian nastawy. Wartości odchyłek napięcia wyjściowego zmierzonego od nominalnego (dokładności przetwarzania) były rząd mniejsze od ziarna przetwornika, a i tak były w większym stopniu spowodowane niedokładnością przeprowadzenia pomiaru, niż pracą samego przetwornika. Ogólnie należy stwierdzić, że przetwornik dokładniej pracuje dla napięć dodatnich (a więc nastaw od 512 do 1023), natomiast dla ujemnych wartości napięć wyjściowych wartości odchyłek były dwa razy większe.

Dokładność przetwarzania w niewielkim stopniu zależała od zmian napięcia zasilania. Najlepsze przetwarzanie zaobserwowano dla napięć większych od nominalnych (a więc największej różnicy napięć zasilania). Najgorsze parametry wykazywał przetwornik zasilane napięciem niższym od nominalnego (zarówno napięcie dodatnie, jak i ujemne).

---