Laboratorium Elektroniki		Rok akademicki: 2014/2015
		Rodzaj studiów: Es1
Temat ćwiczenia: Przetworniki analogowo-cyfrowe
Skład sekcji: Marcin Spannbauer Marcin Mucha Patryk Kuźma Filip Skoczylas Łukasz Gawron	Kierunek: Elektrotechnika Semestr: 3 Grupa: 2 Sekcja: 4
Data wykonania: 21.11.2014

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z działaniem wybranych przetworników analogowo - cyfrowych (wagowy i z podwójnym całkowaniem)

2. Wprowadzenie.

Przetwornik A/C wagowy:

Dokładność(rozdzielczość) tego przetwornika jest równa wadze LSB (0,01V) i wynika z ostatniego wyniku porównania komparatora. Ilość cykli takiego przetwornika jest równa długości słowa wyjściowego. Czas pojedynczego przetwarzania nie zależy od wartości napięcia przetwarzanego tylko od ilości bitów słowa wyjściowego.

Proces przetwarzania badanego przetwornika polegał na tym, że na wejście „-” komparatora podawane jest napięcie kompensujące z rejestru kolejnych przybliżeń(przetworzone na wartość analogową przez przetwornik C/A) z wyłączanymi kolejno bitami o największych wagach, a na wejście „+” komparatora napięcie przetwarzane. Jeśli napięcie na „+” jest większe, to na wyjściu komparatora jest logiczne „1”, bit ten zostaje załączony i napięcie to jest dodawane w kolejnych etapach przetwarzania, jeśli natomiast napięcie wejściowe jest mniejsze to napięcie to pozostaje wyłączone. Wartości poszczególnych bitów zapamiętuje rejestr kolejnych przybliżeń.

Rys.1. Schemat stanowiska pomiarowego do badania przetwornika A/C wagowego

Przetwornik A/C z podwójnym całkowaniem:

Przetwornik z podwójnym całkowaniem zamienia napięcie na przedział czasu, w którym zliczane są impulsy z generatora. Liczba tych impulsów jest proporcjonalna do wartości średniej napięcia. Aby uniknąć zakłóceń należy tak dobrać okres uśredniania T_1­, aby był on równy lub większy o całkowitą ilość razy od zakłóceń pochodzących z sieci energetycznej. W przypadku gdy nie będzie spełniony ten warunek w zależności od fazy początkowej napięcia wejściowego i okresu T₁, czas T₂(proporcjonalny do napięcia odniesienia) będzie dłuższy lub krótszy.

Rys.2. Schemat stanowiska pomiarowego do badania przetwornika A/C z podwójnym całkowaniem

3. Tabele pomiarowe.

W tabelach 1,2,3,4 w ostatnim wierszu został zaznaczony stan komparatora: 0 oznacza, że napięcie wejściowe jest większe od napięcia z przetwornika C/A i bit zostanie załączony, jeśli 1 to napięcie wejściowe jest mniejsze bit zostanie wyłączony.

Tab.1. Wyniki pomiarów dla przetwornika A/C wagowego przy napięciu wejściowym 0,5V

Takt	1	2	3	4	5	6	7	8
1,28V	0	0	0	0	0	0	0	0
0,64V	0	0	0	0	0	0	0	0
0,32V	1	1	0	1	1	1	1	1
0,16V	1	1	0	1	1	1	1	1
0,08V	1	1	1	0	0	0	0	0
0,04V	1	1	1	1	0	0	0	0
0,02V	1	1	1	1	1	0	1	1
0,01V	1	1	1	1	1	1	0	1
komp.	Z	C	C	Z	Z	C	C	Z

Rys.3. Poziomy napięć dla każdego kolejnego kroku przetwornika wagowego A/C przy napięciu wejściowym 0,5V

Tab.2. Wyniki pomiarów dla przetwornika A/C wagowego przy napięciu wejściowym 1V

Takt	1	2	3	4	5	6	7	8
1,28V	0	0	0	0	0	0	0	0
0,64V	0	1	1	1	1	1	1	1
0,32V	1	0	1	1	1	1	1	1
0,16V	1	1	0	0	0	0	0	0
0,08V	1	1	1	0	0	0	0	0
0,04V	1	1	1	1	0	1	1	1
0,02V	1	1	1	1	1	0	0	0
0,01V	1	1	1	1	1	1	0	1
komp.	C	C	Z	Z	C	Z	C	Z

Rys.4. Poziomy napięć dla każdego kolejnego kroku przetwornika wagowego A/C przy napięciu wejściowym 1V

Tab.3. Wyniki pomiarów dla przetwornika A/C wagowego przy napięciu wejściowym 1,5V

Takt	1	2	3	4	5	6	7	8
1,28V	1	1	1	1	1	1	1	1
0,64V	0	0	0	0	0	0	0	0
0,32V	1	0	0	0	0	0	0	0
0,16V	1	1	0	1	1	1	1	1
0,08V	1	1	1	0	0	0	0	0
0,04V	1	1	1	1	0	1	1	1
0,02V	1	1	1	1	1	0	1	1
0,01V	1	1	1	1	1	1	0	1
komp.	Z	Z	C	Z	C	C	C	Z

Rys.5. Poziomy napięć dla każdego kolejnego kroku przetwornika wagowego A/C przy napięciu wejściowym 1,5V

Tab.4. Wyniki pomiarów dla przetwornika A/C wagowego przy napięciu wejściowym 2V

Takt	1	2	3	4	5	6	7	8
1,28V	1	1	1	1	1	1	1	1
0,64V	0	1	1	1	1	1	1	1
0,32V	1	0	0	0	0	0	0	0
0,16V	1	1	0	0	0	0	0	0
0,08V	1	1	1	0	1	1	1	1
0,04V	1	1	1	1	0	0	0	0
0,02V	1	1	1	1	1	0	0	0
0,01V	1	1	1	1	1	1	0	0
komp.	C	Z	Z	C	Z	Z	Z	Z

Rys.6. Poziomy napięć dla każdego kolejnego kroku przetwornika wagowego A/C przy napięciu wejściowym 2V

Czasy T1 (całkowania napięcia mierzonego), oraz czasy T2 (całkowania napięcia odniesienia) odczytaliśmy z ekranu oscyloskopu.

Rys.7. Zrzut ekranu oscyloskopu przy napięciu wejściowym 0,85V

Rys.8. Zrzut ekranu oscyloskopu przy napięciu wejściowym 1,43V

Rys.9. Zrzut ekranu oscyloskopu przy napięciu wejściowym 1,31V

Rys.10. Zrzut ekranu oscyloskopu przy napięciu wejściowym 2,35

Tab.2. Wyniki pomiarów dla przetwornika A/C z podwójnym całkowaniem

T1=4,13ms	T1=4,19ms	T1=4,08ms	T1=4,20ms
T2=2,5ms	T2=5,1ms	T2=7,2ms	T2=8,9ms
Uref=-1,31V	Uref=-1,31V	Uref=-1,31V	Uref=-1,31V
Uwe=0,85V	Uwe=1,43V	Uwe=1,82V	Uwe=2,35V
T=20ms	T=20ms	T=20ms	T=20ms

Korzystając z poniższych przekształceń sprawdziliśmy czy czasy całkowania są zgodne z wartościami odczytanymi na laboratorium. Wiadomo że po pierwszym całkowaniu wartości napięć opisane są następującymi wzorami:

Przekształcając powyższe wzory otrzymujemy zależność:

gdzie ,
Korzystając z powyższych zależności możemy stwierdzić że gdzie
Z kolei aby wyznaczyć liczbę inkrementacji komparatora, korzystamy z zależności ,a więc gdzie

4. Wnioski.

W aplikacjach z przetwornikiem wagowym wraz z kolejnymi taktami zegara komparator sprawdza czy kolejne wagi napięcia odniesienia są większe lub mniejsze od napięcia wejściowego. W przetworniku takim napięcie nie może zmieniać się w paśmie ważenia.

W przypadku przetworników z podwójnym całkowaniem zmienia się jedynie czas trwania drugiej fazy całkowania. Przetworniki z podwójnym całkowaniem są bardziej odporne na zakłócenia niż przetworniki z kompensacją wagową. W Polsce woltomierze z podwójnym całkowaniem mają czas pierwszego całkowania równy 20ms(f=1/T gdzie f to częstotliwość sieci, która w Polsce wynosi 50Hz) dzięki temu tłumią zakłócenia sieciowe wraz z harmonicznymi.

7