Wydział: EAIiE

Kierunek:

Imię i nazwisko (e­mail)

Rok:
Grupa:

Zespół:

Data wykonania:

LABORATORIUM METROLOGII

 Ćw. 12: Przetworniki analogowo­cyfrowe i cyfrowo­analogowe – 

budowa i zastosowanie.

Ocena:

Podpis prowadzącego:

Uwagi:

Wstęp

Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, sposobu działania oraz właściwości przetworników

analogowo-cyfrowych i cyfrowo-analogowych. W ćwiczeniu badane są przetworniki analogowo-cyfrowe z

bezpośrednim porównaniem, z kompensacją wagową oraz dwukrotnie całkujący, a także scalony
przetwornik cyfrowo-analogowy z sumowaniem prądów.

Każdy punkt ćwiczenia składa się ze zbudowania odpowiedniego układu pomiarowego według

schematu, przeprowadzenia opisanego w instrukcji eksperymentu, dokonania obliczeń oraz wyciągnięcia
wniosków. Podczas przeprowadzania eksperymentu należy na bieżąco wypełniać odpowiednią tabelę

sprawozdania. Ewentualne wykresy należy kreślić po wykonaniu wszystkich pomiarów. Każdy punkt
sprawozdania powinien zawierać:

•

schemat układu pomiarowego,

•

krótki opis metodyki pomiarów,

•

tabele z wynikami pomiarów i wynikami oraz ewentualnie wykresy,

•

wnioski,

•

wykaz zastosowanych przyrządów,

Punkty oznaczone kursywą powinny być wypełnione przez wykonujących ćwiczenie, a wzór

pozostałych znajduje się w niniejszym opisie.

Podstawą wykonania sprawozdania jest instrukcja do ćwiczenia, Instrukcję wraz z niniejszym

opracowaniem oraz wstępem teoretycznym można pobrać ze strony Katedry Metrologii AGH:

http://www.kmet.agh.edu.pl

, zakładka „dydaktyka → materiały dla studentów”.

Program ćwiczenia:

1. Obserwacja i badanie działania toru przetwarzania A/C-C/A.
2. Wyznaczenie charakterystyk i błędów statycznych przetwornika A/C z bezpośrednim porównaniem

oraz przetwornika C/A z sumowaniem prądów.

3. Obserwacja przebiegów w wybranych punktach kompensacyjnego przetwornika A/C.

4. Obserwacja przebiegów w wybranych punktach przetwornika A/C z dwukrotnym całkowaniem.
5. Badanie podatności na zakłócenia o różnych częstotliwościach multimetru z przetwornikiem

całkującym.

str. 1

1. Obserwacja i badanie działania toru przetwarzania A/C-C/A

a) Schemat

Rysunek 1 Schemat układu do obserwacji działania toru przetwarzania A/C-C/A

b) Wyniki pomiarów

Amplituda sygnału wejściowego: U

mAC

= _____ V

Składowa stała sygnału wejściowego: U

0AC

= _____ V

Amplituda sygnału wyjściowego: U

mCA

= ______ V

Składowa stała sygnału wyjściowego: U

0CA

= ______ V

Ilość stanów przyjmowanych przez tor przetwarzania: N = _______

Rozdzielczość przetwornika: N

b

= log

2

N = ______ bit

Tabela 1

Amplituda napięcia

wejściowego

U

I

[V]

Amplituda napięcia

wyjściowego

U

O

[V]

Ilość poziomów napięcia

wyjściowego

N

2
4
6
8

10
12

Częstotliwość graniczna toru przetwarzania: f

max

= ________ kHz

str. 2

Tor A/C – C/A

OSC

CH1 CH2

BNC

BNC

BNC

G

c) Wnioski

d) Wykaz przyrządów i użytych elementów

str. 3

2. Wyznaczenie charakterystyk i błędów statycznych przetwornika A/C z bezpośrednim porównaniem
oraz przetwornika C/A z sumowaniem prądów.

a) Schemat układu pomiarowego

Rysunek 2 Schemat układu do wyznaczenia charakterystyk statycznych przetworników A/C i C/A

b) Wyniki pomiarów

Tabela 2

komutacja

N

i

↔N

i+1

m

napięcie

wejściowe

U

AC1

(m)

[V]

napięcie

wejściowe

U

AC2

(m) [V]

napięcie teor.

U

ACt

(m) [V]

błąd komutacji

Δ

kAC

(m) [mV]

błąd histerezy

Δ

hAC

(m) [mV]

0↔1

-4,667

1↔2

-4,000

2↔3

-3,332

3↔4

-2,667

4↔5

-2,000

5↔6

-1,332

6↔7

-0,667

7↔8

0

8↔9

0,667

9↔10

1,332

10↔11

2,000

11↔12

2,667

12↔13

3,332

13↔14

4,000

14↔15

4,667

legenda tabeli:

U

AC1

– napięcie V

1

zarejestrowane przy zwiększaniu napięcia

U

AC2

– napięcie V

1

zarejestrowane przy zmniejszaniu napięcia

U

ACt

– napięcie komutacji wyznaczone na podstawie znajomości zakresu i rozdzielczości

przetwornika

str. 4

Zasilacz

DC

Tor A/C – C/A

V

1

V

2

BNC

BNC

Tabela 3

kod wej.

n

napięcie wyjściowe

U

CA

(n)

[V]

napięcie teoretyczne U

CAt

[V]

błąd komutacji

Δ

kCA

(n) [V]

0

0

1

0,625

2

1,250

3

1,875

4

2,500

5

3,125

6

3,750

7

4,370

8

5,000

9

5,625

10

6,250

11

6,875

12

7,500

13

8,125

14

8,750

15

9,375

c) Wzory i obliczenia

Przetwornik analogowo-cyfrowy

Teoretyczne wartości napięć komutacji wynikają z zakresu i rozdzielczości badanego przetwornika. Zostały
one wpisane do tabeli w rubryce U

ACt

(m). Na podstawie ich znajomości oraz wartości zmierzonych napięć

wyznaczamy błędy histerezy i komutacji dla każdego, m-tego punktu komutacji przetwornika. Wartości
wpisujemy do rubryk w tabeli 2:



kAC



m=max



∣

U

AC1



m−U

ACt



m∣,∣U

AC2



m−U

ACt



m∣





tAC



m=∣U

AC1



m−U

AC2



m∣

Wypadkowy błąd komutacji przetwornika A/C jest wartością maksymalną wybraną spośród błędów dla
poszczególnych punktów komutacji:



kAC

=

max 

kAC



m

= ________ [mV]

Wypadkowy błąd histerezy przetwornika A/C jest wartością maksymalną wybraną spośród błędów dla
poszczególnych punktów komutacji:



tAC

=

max 

tAC



m

= ________ [mV]

Strefa martwa: nie występuje / występuje przy kodzie N = __________

str. 5

Przetwornik cyfrowo-analogowy

Teoretyczne wartości napięć wyjściowych wynikają z rozdzielczości i zakresu przetwornika. Zostały one
wpisane do tabeli w rubryce U

CAt

(n). Na podstawie ich znajomości i wartości zmierzonych napięć

wyznaczamy błędy komutacji dla każdej wartości kodu wejściowego n:



kCA



n=∣U

CA



n−U

CAt



n∣

Wypadkowy błąd komutacji przetwornika C/A jest wartością maksymalną wybraną spośród wyznaczonych

błędów komutacji:



kCA

=

max 

kCA



n

= ________ [mV]

Błędy histerezy są zbyt małe, aby było możliwe ich wyznaczenie z użyciem aparatury zastosowanej w
ćwiczeniu.

Strefa martwa: nie występuje / występuje przy kodzie N = __________

d) Wnioski

e) Wykaz przyrządów i użytych elementów

str. 6

3. Obserwacja przebiegów w wybranych punktach kompensacyjnego przetwornika A/C.

a) Schemat

Rysunek 3 Schemat układu do badania kompensacyjnego przetwornika A/C

b) Wyniki pomiarów

Przebieg napięcia kompensacji dla napięcia wejściowego ___________ [V] i kompensacji wagowej

Ilość kroków kompensacji w trybie kompensacji wagowej: ________

Czas wykonania pojedynczego pomiaru: T

k

= _________ [ms]

Czas porównania pojedynczego bitu: T

q

= __________ [ms]

Okres powtórzeń cyklów kompensacji: T

p

= __________ [ms]

str. 7

Zasilacz

DC

Przetwornik

kompensacyjny

SYNC

U

x

U

pp

OSC

CH1 CH2 EXT

BNC

BNC

BNC

BNC

Tabela 4 – czasy przetwarzania przy kompensacji równomiernej

Lp

U

we

[V]

T

k

[ms]

T

q

[ms]

T

p

[ms]

1
2
3
4
5

d) Wnioski

e) Wykaz przyrządów użytych w ćwiczeniu

str. 8

4. Obserwacja przebiegów w wybranych punktach przetwornika A/C z dwukrotnym całkowaniem.

a) Schemat

b) Przebiegi napięcia całkowania

c) Wyniki pomiarów

Tabela 6

Napięcie wejściowe

U

I

[V]

Czas pierwszego

całkowania T

1

[ms]

Czas drugiego

całkowania T

2

[ms]

Maksymalne

napięcie U

m

[V]

str. 9

Zasilacz

DC

Przetwornik

całkujący

2

3

OSC

CH1 CH2 EXT

BNC

BNC

d) Wnioski

e) Wykaz przyrządów i użytych elementów

str. 10

5. Badanie odporności na zakłócenia o różnych częstotliwościach multimetru z całkującym
przetwornikiem A/C.

a) Wyniki pomiarów

Tabela 7

Częstotliwość

zakłócenia [Hz]

U

min

[V]

U

max

[V]

Rozrzut wyników

U

max

-U

min

[V]

20
30
40
50
60
70
80
90

100
110
120

b) Wykres zależności rozrzutu wyników od częstotliwości zakłócenia

str. 11

c) Wnioski

d) Wykaz przyrządów i użytych elementów

str. 12