ELEKTRONIKA Z

ELEMENTAMI TECHNIKI

POMIAROWEJ

PROF. JAN ZAKRZEWSKI

Katedra Metrologii,

Elektroniki i Automatyki

AKADEMICKA 10 –STARY

ELEKTRYCZNY

Pok.23, tel. [phone]

terminy zajęć

27.02, 13.03, 27.03, 24.04, 8.05,

22.05, 5.06

LITERATURA

Otto Liman, Horst Pelka

ELEKTRONIKA bez wielkich
problemów

WZMACNIACZE OPERACYJNE

TECHNIKA CYFROWA

AUTOMATYKA

Horowitz P. ,Hill W. : Sztuka elektroniki. T. 1
i 2

Kaźmiekowski M., Wójciak A.: UKŁADY
STEROWANIA I POMIARÓW W ELEKTRONICE
PRZEMYSŁOWEJ

Zakrzewski J.: Podstawy Miernictwa dla
Kierunku Mechanicznego. Wyd. Pol. Śląskiej,
Gliwice, 2004

ELEKTRONIKA

TELEKOMUNIKACJA

ELEKTRONIKA PRZEMYSŁOWA

ENERGOELEKTRONIKA

POMIARY, AUTOMATYKA, ROBOTYKA

BAZA

KOLEKTOR

EMITER

TRANZYSTOR p-n-p

+

-

I

C

I

B =20 µA

I

B =15 µA

I

B =10 µA

I

B =5 µA

U

CE

5mA

10mA

UKŁADY
ANALGOWE

Filtry

Wzmacniacze

Generatory

UKŁADY
CYFROWE

Procesory

Liczniki

Bramki
logiczne

Przetworniki

analogowo-cyfrowe

Cyfrowe przetwarzanie informacji jest dogodniejsze,
gdyż jest mniej podatne na zakłócenia, prostsze,
tańsze i szybsze.

ANALOGOWE
UKLADY
ELEKTRONIKI
POMIAROWEJ

U

ŹRÓDŁ
A

I

E

R

U

I 

IR

U 

W

OBC

OBC

W

W

OBC

R

R

I

R

R

R

I

I









1

OBC

R

W

R

OBC

R

W

R

OBC

W

OBC

R

R

E

I





dt

t

di

L

dτ

i(τ

C

t

Ri

t

u

t

)

(

)

)

(

)

(









0

1

)

(

)

(

)

)

(

s

I

sC

LC

s

sRC

s

I

sL

sC

1

(R

s

U

2

1













jω

σ

s





PRĄDY ZMIENNE

sC

LC

s

sRC

s

I

s

U

2

1







)

(

)

(

PRĄDY PRZEMIENNE

)

(





j

LI

j

U

L



C

j

j

I

U

C





)

(



)

( ω

j

RI

)

( ω

j

I

)

( ω

j

U

)

(

)

(

)

)(

(

)

(

ω

j

Z

ω

j

I

L

ω

j

C

ω

j

R

ω

j

I

ω

j

U









1

C

ω

LC

ω

j

R

C

ω

j

LC

ω

RC

ω

j

ω

j

Z

1

1

2

2













)

(

Im

Re

)

(

ψ

j

Me

j

ω

Z







ψ

M

R
e

I
m

ANALIZA OBWODÓW PRĄDU
PRZEMIENNEGO

U

I

E

Z

U

I 

OBC

W

OBC

Z

Z

E

I





IZ

U 

W

OBC

OBC

W

W

OBC

Z

Z

Z

Z

Z

I

I









1

1

OBC

Z

W

Z

OBC

Z

W

Z

-

+

A

U

WE

U

2

6

4

10

10 



A

A

U

U

WE

2



R

2

U

1

R

1

I

0

1

1



 IR

U

0

2

2



 IR

U

k

U

R

R

U

U

1

1

2

1

2









WZMACNIACZ OPERACYJNY

-

+

A

U

WE

U

2

6

4

10

10 



A

A

U

U

WE

2



R

2

U

1

R

1

I

R

3

R

5

U

3

U

5

5

5

3

3

1

1

R

U

R

U

R

U

I



























5

5

3

3

1

1

2

2

R

U

R

U

R

U

R

U

A

U

U

WE

2



-

+

A

U

2

R

2

U

1

R

1

I

0

1

2

2







IR

IR

U

0

1

1



 IR

U

)

(

k

U

R

R

R

U

U









1

1

1

2

1

1

2

A

U

U

WE

2



-

+

A

U

2

U

1

U

WE

1

2

U

U 

Wtórnik Transformator
impedancji

-

+

A

U

WE

U

2

6

4

10

10 



A

A

U

U

WE

2



R

2

U

1

R

1

I

k

U

R

R

U

U

1

1

2

1

2









A

k

k

U

U

1

1

1

1

2









PARAMETRY WZMACNIACZY OPERACYJNYCH

Częstotliwość
graniczna

Rezystancja wejściowa

Rezystancja wyjściowa

Napięcie wyjściowe (zasilania)

CMRR- Common Mode Rejection Ratio
(WTSW –Współczynnik tłumienia składowej
wspólnej)

Wzmocnienie otwartej
pętli A

Napięcie niezrównoważenia, prądy polaryzacji,
napięcie dryfu termicznego i inne psuje

f

k

-

+

R

2

U

M

= U

z

δ

Zasilanie

napięciow
e

R

M

(1-δ)

R

M

(1-δ)

R

M

(1+δ)

R

M

(1+δ)

U

M

M

Z

R

R

U

U

2

2

δ





CMRR =100 dB

Cs

R

U

R

Z

U

U

1

1

1

2

1

2

1









WZMACNIACZ CAŁKUJACY

-

+

U

2

U

1

R

1

I

II

sC

Z

C

j

Z

1

1

2

2





lub

ω

C

C

R

ω

j

U

U

1

1

2

1





φ

ω

90°

RC

1

0,1

ω

10

1

0,00
1

0,0
1

10000

0,1

1000

100

10

1

2

U

U

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

C

R

j

R

R

U

U

2

1

2

1

2

1

1

ω







WZMACNIACZ CAŁKUJACY ?

C

R

j

R

Z

2

2

2

1 ω





-

+

U

2

U

1

R

1

I

II

C

R

2

φ

ω

C

R

2

1

0,1

ω

10

1

0,00
1

0,0
1

10000

0,1

1000

100

10

1

2

U

U

FILTR DOLNOPRZEPUSTOWY

90°

45°

0,1

ω

10

1

0,00
1

0,0
1

10000

0,1

1000

100

10

1

2

U

U

FILTR DOLNOPRZEPUSTOWY

3-go
rzędu

2-go
rzędu

1-go
rzędu

U

2

U

1

+

-

0,1

ω

10

1

0,00
1

0,0
1

10000

0,1

1000

100

10

1

2

U

U

FILTR GÓRNOPRZEPUSTOWY

3-go
rzędu

2-go
rzędu

1-go
rzędu

U

2

U

1

+

-

FILTR ŚRODKOWOPRZEPUSTOWY

2-go
rzędu

0,1

ω

10

1

0,00
1

0,0
1

10000

0,1

1000

100

10

1

2

U

U

3-go
rzędu

1-go
rzędu

U

2

U

1

+

-

U

2

U

1

+

-

U

2

U

1

+

-

U

2

U

1

+

-

Dolnoprzepustow

y

Środkowoprzepustow

y

Górnoprzepustow

y

2

1

2

1

2

1

1

2

1

2

1

2

1

2

C

C

R

R

ω

ω

j

R

C

R

R

C

U

U











]

)

(

[

R

2

R

1

C

1

C

2

WŁASCIWOŚCI FILTRÓW DOLNOPRZEPUSTOWYCH

FILTR BUTTERWORTHA – maksymalnie płaska
charakterystyka modułu transmitancji częstotliwościowej,
duża wrażliwość na zmiany wartości elementów filtru

FILTR BESSELA (THOMSONA) – maksymalnie liniowa
charakterystyka fazy transmitancji częstotliwościowej co
powoduje niezniekształcanie przebiegu i poprawną odpowiedź
na sygnał skokowy

FILTR CZEBYSZEWA –charakterystyka modułu transmitancji
częstotliwościowej wykazuje zafalowania, ale powyżej
częstotliwości załamania jest bardzo stroma

U

2

+

-

LC

1

0



ω

GENERACJA NAPIĘĆ PRZEMIENNYCH

Generator z mostkiem Wiena

Dodatnie sprzężenie zwrotne

L

C

U

2

2

2

3

1

T

s

sT

k

k

s

K









)

(

)

(

RC

T 

PARAMETRY GENERATORÓW

Częstotliwość (akustyczne, radiowe,
w.cz.)

Przestrajanie częstotliwości (VCO)

Poziom zniekształceń ( w %
zaw.harmonicznych)

Moc wyjściowa

Napięcie wyjściowe

Kształt przebiegu (sinusoidalny -LC,

prostokątny –generator relaksacyjny -
RC)

PRZETWARZANIE ANALOGOWO-
CYFROWE

Kondycjonowan
ie sygnału

Próbkowani
e

Kwantowani
e

Kodowani
e

Wzmacniani
e Filtracja
S&H

Tw.
Shannona
Przetworniki
Szybkość
działania

Rozdzielczość

Licznik
i

WARTOŚĆ
SYGNAŁU

LICZBA

. . . . . . . . . .
.

kk+1

k

1325

10100101101

k+1

1320

10100101000

k+2

1334

10100110110

k+3

1353

10101001001

 

k+4

1374

10101011110

k+5

1361

10101100001

I I I II
I

Δt

Próbkowanie

Próbkowanie

Kwantowanie

Kwantowanie

(rozdzielczość)

(rozdzielczość)

Kodowan

Kodowan

ie

ie

Przesył,

Przesył,

przetwarzanie

przetwarzanie

Dekodowanie (odstęp

Dekodowanie (odstęp

próbkowania)

próbkowania)

Przetwarzanie A/C i C/A

Przetwarzanie A/C i C/A

PRZETWARZANIE ANALOGOWO-
CYFROWE

. . . . . . . . . .
.

kk+1

Δt

t

f

gw

gr

f

t

2

1



Δ

f

gr

Δt małe = gęste
próbkowanie

TWIERDZENIE SHANNONA

gw

f

gw

f

3/Δt

2/Δt

1/Δt

2/Δt

1/Δt

Δt duże =
rzadkie
próbkowanie

Przetwornik z podwójnym
całkowaniem

-

+

U

2

U

0

R

IIC

U

M

U

M

>

U

M

U

2

t

C1

=

const

t

U

2

t

C1

= const =

20ms

U

M

>

U

M

U

2

t

U

2

Przetwornik z podwójnym
całkowaniem

-

+

U

2

U

0

R

IIC

U

M

t

C2

N

N

N >

N

t

C2

>

t

C2

t

C

2

Przetwornik
kompensacyjny

U

i

U

0

U

n

U

N

s

1

s

2

s

i

s

n

U

OUT

I

n

I

i

I

1

I

0

U

K

Układ sterowania
stykami

U

M

+

-

L

H

U

MA

X

U

M

± q

q = U

0

U

7

U

6

U

5

U

4

U

3

U

2

U

1

U

0

U

X

U

X

CLK

t

t

Koniec konwersji

0

EOC

Start

ST

ST

EOC

t

Takty

1

2

3, ...

Następny

cykl

U

M

Przetwornik kompensacyjny – zasada
pracy

Układ próbkująco -
pamiętający

S&H

Przetworniki S&H

Przetworniki całkujące (uśredniające)

Przetwornik

typu FLASH

Bardzo szybki,

do 1500 MS/s

(milionów

próbek na sek.)

MAX 108

liczni

k

GIW

zegar

f

CLK

T

WZ

Q

D

C

R

1

R

2

U

M

U

K

Przetwornik sigma – delta

B

B

T

i

–

b. krótki impuls

rozładowujący

AD7710

Parametry przetworników
a/c

Rozdzielczość – wyrażana w bitach lub w
wartościach LSB

Szybkość działania – wyrażana w cyklach
na sekundę

Zakres przetwarzanych napięć – zwykle 0-
10V lub 0- 5V lub –5V do +5V

Nieliniowość całkowa i różniczkowa