Sprawozdanie

Grupa: 5 Aleksander Galicki Data: 18-III-1998

Rafał Chłopek

Badanie przetwornika cyfrowo / analogowego

Wykaz przyrządów

1. Digital multimeter V563 (Meratronik)

Błąd: 0,02% U_x + 0,005% U_z ±1 cyfra

2. Oscyloskop OS-9020G

3. Makieta dydaktyczna C/A

U_z = ±12 V ±10 %

4. Komputer z program POLLAB

5. Zasilacz

Układy pomiarowe

1. 
   Wyznaczanie błędu przetwarzania i wpływu U_cc na błąd przetwarzania

2. 
   Pomiar parametrów dynamicznych

3. 
   Badanie kompensacyjnego przetwornika A/C

Tabele pomiarowe

1. Wyznaczenie błędu przetwarzania

A9	A8	A7	A6	A5	A4	A3	A2	A1	A0	Uwyj	Unast	ΔP	δP
																	[V]	[V]	[V]	[%]
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	5,0734	5,12	-0,0466	-0,456
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,0003	0,00	0,0003	0,003
0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	2,5382	2,56	-0,0218	-0,213
0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	3,8060	3,84	-0,0340	-0,332
0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	4,4398	4,48	-0,0402	-0,393
0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	4,7564	4,80	-0,0436	-0,426
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	4,9150	4,96	-0,0450	-0,440
0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	4,9944	5,04	-0,0456	-0,446
0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	5,0340	5,08	-0,0460	-0,450
0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	5,0538	5,10	-0,0462	-0,452
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	5,0638	5,11	-0,0462	-0,452
1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	-2,5377	-2,56	0,0223	0,218
1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	-3,8057	-3,84	0,0343	0,335
1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	-4,4395	-4,48	0,0405	0,396
1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	-4,7569	-4,80	0,0431	0,421
1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	-4,9155	-4,96	0,0445	0,435
1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	-4,9948	-5,04	0,0452	0,442
1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	-5,0344	-5,08	0,0456	0,446
1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	-5,0544	-5,10	0,0456	0,446
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	-5,0643	-5,11	0,0457	0,447
0	0	0	1	1	1	0	0	0	0	3,9643	4,00	-0,0357	-0,347
0	0	1	1	0	1	0	1	0	0	2,9742	3,00	-0,0258	-0,252
0	1	0	0	1	1	1	0	0	0	1,9828	2,00	-0,0172	-0,168
0	1	1	0	0	1	1	1	0	0	0,9916	1,00	-0,0084	-0,082
1	0	0	1	1	0	0	1	0	0	-0,9914	-1,00	0,0086	0,084
1	0	1	1	0	0	1	0	0	0	-1,9823	-2,00	0,0177	0,173
1	1	0	0	1	0	1	1	0	0	-2,9736	-3,00	0,0264	0,258
1	1	1	0	0	1	0	0	0	0	-3,9638	-4,00	0,0362	0,354

2. Wpływ napięcia zasilania na błąd przetwarzania

A9	A8	A7	A6	A5	A4	A3	A2	A1	A0	UNa	UZM	Uzas	ΔU1-ΔU2
0	1	0	0	1	1	1	0	0	0	2	1,9827	+12V-10%	0,0001
0	1	0	0	1	1	1	0	0	0	2	1,9827	+12V+10%	0,0001
0	1	0	0	1	1	1	0	0	0	2	1,9828	-12V-10%	0,0000
0	1	0	0	1	1	1	0	0	0	2	1,9827	-12V+10%	0,0001
1	0	1	1	0	0	1	0	0	0	-2	-1,9823	-12V-10% +12V-10%	0,0000
1	0	1	1	0	0	1	0	0	0	-2	-1,9825	-12V+10% +12V+10%	0,0002
1	0	1	1	0	0	1	0	0	0	-2	-1,9824	-12V-10% +12V-10%	0,0001
1	0	1	1	0	0	1	0	0	0	-2	-1,9824	-12V+10% +12V-10%	0,0001
1	1	1	0	0	1	0	0	0	0	-4	-3,9637	-12V+10% +12V-10%	0,0001
1	1	1	0	0	1	0	0	0	0	-4	-3,9637	-12V-10% +12V+10%	0,0001
1	1	1	0	0	1	0	0	0	0	-4	-3,9638	-12V+10% +12V+10%	0,0000
1	1	1	0	0	1	0	0	0	0	-4	-3,9636	-12V-10% +12V-10%	0,0002

4. 
   Pomiar parametrów dynamicznych

Zmiana napięcia wejściowego - U = 5 V

Czas ustalania = ok. 6 s

Czas narastania - t = 3 s

Szybkość narastania - U / t = 17 * 10⁵ [V/s]

5. Badanie kompensacyjnego pzretwornika A/C

Unast	Uobl	A9	A8	A7	A6	A5	A4	A3	A2	A1	A0
4,00 V	4,01 V	0	0	0	1	1	0	1	1	1	1
2,50 V	Z powodu uszkodzenia makiety nie było możliwe przeprowadzenie dalszych pomiarów.

Wzory i obliczenia

U_obl = 5,12 V - 0,01 * (A₉*2⁹ + A₈*2⁸ + ... + A₀*2⁰)

U = U_wyj - U_obl

δU = U / U_z * 100%

Np. Dla nastawy 101101001 U_obl wynosi

5,12 V -0,01 V*(1*1+1*8+1*32+1*64+1*256) =

= 5,12-0,01*361 = 5,12-3,61 = 1,51 V

Błąd przetwarzania to maksymalna wartość δU (z powyższego wzoru) dla dokonanych pomiarów.

Wnioski

W pkt. 1 badaliśmy błąd przetwarzania układu przetwornika C/A. Maksymalna wartość δU, czyli błąd przetwarzania, wynikający z pomiarów wynosi: ±0,456%. Łatwo zauważyć, że wartość błędu przetwarzania jest proporcjonalna do bezwzględnej wartości nastawionego napięcia. Ze względu na dosyć duży błąd przetwarzania są podstawy aby przypuszczać, że podczas wyznaczania tego błędu wystąpiły pewne „grube” błędy, źródła ich jednak nie jestem w stanie podać.

W pkt. 2 sprawdziliśmy wpływ napięcia zasilania na błąd przetwarzania. Kombinacje napięć zasilających dobieraliśmy tak aby uzyskać maksymalne różnice wskazań napięcia wyjściowego na przetworniku. Okazało się, że różnice te są niemal niemierzalnie małe i nie przekraczają podwojonego błędu dyskretyzacji przyrządu, którym dysponowaliśmy.

Następnie zajęliśmy się pomiarem parametrów dynamicznych przetwornika takich jak: szybkość narostu, czas ustalania oraz przepięcie. Na oscyloskopie jednak (mimo dużego wzmocnienia) nie zaobserwowaliśmy przepięć czy zniekształceń w odpowiedzi układu C/A na cykliczne wymuszenie. Parametr czas narastania to czas w którym sygnał wyjściowy narośnie od 0,1 do 0,9 końcowej wartości, w naszym przypadku czas ten wynosił ok. 3 s. Szybkość narostu to zmiana napięcia wejściowego odniesiony do czasu narastania.

W ostatniej części ćwiczenia badaliśmy przetwornik A/C w oparciu o komputer jako układ sterujący, komparator napięć analogowych i posiadany przetwornik C/A. Zadaniem komputera jest wysyłanie na przetwornik C/A kolejnych nastaw i odczytywanie odpowiedzi komparatora mówiących o różnicy między napięciem konwertowanym a napięciem ustawionym cyfrowo przez komputer. Komputer dotąd poszukuje dobrej nastawy aż napięcie różnicowe będzie mniejsze od rozdzielczości przetwornika C/A. Z powodu drobnego uszkodzenia makiety nie dokończyliśmy tej części ćwiczenia: przycisk nastawy oznaczony A5 prawdopodobnie rozłączył się z pozostałą częścią obwodu co było widoczne jako brak reakcji woltomierza na zmiany tego bitu. Na podstawie pierwszego pomiaru widzimy, że komputer prawidłowo odnalazł poprawną nastawę: dla napięcia 4 V nastawa odpowiadała napięciu 4,01 V więc błąd nie przekroczył rozdzielczości przetwornika C/A.

---