POLITECHNIKA OPOLSKA

Laboratorium elektroniki	Drzymota Krzysztof Czeczor Marcin	Data : 1998-12-15
Rok III EL inż. APP	TEMAT : Układy próbkująco - pamiętające	Ocena :

1. Celem ćwiczenia było poznanie budowy i zasady działania układów próbkująco - pamiętających. Ich zadaniem jest pobranie próbki zmiennego w czasie sygnału wejściowego i zapamiętanie jej , czyli przedstawienie w postaci napięcia quasi - stałego, dogodnego do dalszej obróbki, np. przetwarzania analogowo -cyfrowego.

Obecnie układy PP można podzielić na analogowe i cyfrowe.

W analogowym układzie PP (rys.1) wejściowy analogowy sygnał ciągły zmieniany jest na ciąg próbek napięcia quasi - stałego przez cykliczne, zgodne z impulsami próbkującymi, ładowanie kondensatora C, który zapamiętuje w postaci ładunku wartość napięcia wejściowego z chwili przed rozwarciem klucza. Czas pamiętania uzależniony jest od własności samego kondensatora, współpracujących z nim wzmacniaczy oraz klucza analogowego.

2. Obserwacja trybów pracy układu PP

3. Pomiar czasu przyjęcia próbki

C = 2nF ⇒ t = 2,25 μs

C = 4,8nF ⇒ t = 3,5 μs

C = 11,8nF ⇒ t - czas nieokreślony (nie zdążył się ustalić)

4. Pomiar czasu narastania odpowiedzi

C = 2nF ⇒ t = 0,9μs

C = 4,8nF ⇒ t = 1,3 μs

C = 11,8nF ⇒ t = 1,8 μs

5. Pomiar czasu otwarcia klucza

Ponieważ nie można było zaobserwować czasu otwarcia klucza, zmierzyliśmy czas ustalania się odpowiedzi :

C = 2nF

C = 4nF t = 0,4 μs

C = 4,8nF

C = 11,8nF ⇒ t = 0,6 μs

6. Pomiar napięcia w czasie pamiętania

U_p1= 2,73V

U_p2= 2,2V

ΔU_p= 0,53V

t₁= 96,50 s

t₂= 96,74 s

t_śr= 96,62 s

- szybkość „spadania” napięcia na kondensatorze C

7. Uwagi i wnioski

W układzie próbkująco - pamiętającym pod wpływem impulsu próbkującego układ sterujący zamyka przełącznik K i umożliwia naładowanie kondensatora pamięciowego C do aktualnej wartości napięcia wejściowego. Ta faza pracy układu nazywana jest próbkowaniem. Czas przebywania w fazie próbkowania jest równy czasowi trwania impulsu próbkującego. Po zakończeniu fazy próbkowania układ sterujący otwiera przełącznik i napięcie wejściowe jest dostępne na wyjściu. Ta druga faza pracy układu nazywa się pamiętaniem. W fazie tej kondensator C utrzymuje zapamiętane napięcie przez określony czas, zwany czasem pamiętania .Krótkie okresy pomiędzy stanem próbkowania i stanem pamiętania i odwrotnie nazywamy stanami przejściowymi. Jeśli czas zamknięcia przełącznika jest mniejszy od czasu jego otwarcia (czas próbkowania jest mniejszy od czasu pamiętania) - układ jest układem próbkująco - pamiętającym (PP). Jeżeli natomiast czas zamknięcia przełącznika jest równy lub większy od czasu jego otwarcia - układ jest układem śledząco - pamiętającym (SP). Aby przebieg próbkowany był w miarę dobrze odzwierciedlony w próbce napięcia wejściowego konieczne jest pobranie co najmniej 9 próbek na okres.

Najważniejszym parametrem dynamicznym w fazie próbkowania jest czas przyjęcia próbki, który jest definiowany jako całkowity czas, liczony od momentu zainicjowania fazy próbkowania do chwili, w której kondensator pamięciowy naładuje się do pełnej wartości napięcia wejściowego i napięcie to ustali się wewnątrz określonego marginesu błędu wokół wartości końcowej ( u nas 5% wartości amplitudy). Czas przyjęcia próbki zależy od pojemności kondensatora „pamiętającego” C. Im ta pojemność jest większa tym czas przyjęcia próbki jest większy. Z powodu zbyt dużych pojemności przy niewielkich czasach próbkowania próbka może zostać przyjęta nieprawidłowo (zostanie zapamiętana „fałszywa” wartość) ponieważ napięcie na kondensatorze nie zdąży się ustalić.

Czas narastania odpowiedzi zależy od pojemności w taki sam sposób jak czas przyjęcia próbki (rośnie wraz ze wzrostem pojemności).

Własności układu PP przy przejściu z fazy próbkowania do fazy pamiętania określane są przez czas apertury, który jest związany z występowaniem stanu przejściowego przy otwarciu przełącznika analogowego. w tym czasie występuje nieokreśloność pomiędzy wartościami napięci na kondensatorze pamięciowym i dokładnymi momentami czasowymi, którym te wartości można w rzeczywistości przypisać. Za czas apertury można w przybliżeniu przyjąć czas otwarcia przełączników analogowych. Ponieważ podczas pomiarów nie można było zaobserwować czasu otwarcia klucza , zmierzyliśmy czas ustalania się odpowiedzi (błąd dynamiczny) , który osiągał minimum przy najmniejszej pojemności C.

Z obserwacji napięcia w czasie pamiętania wynika , że pojemność C powinna być jak największa ( co koliduje z innymi wymaganiami opisanymi wyżej), gdyż dla większych pojemności szybkość opadania napięcia („pamiętanego”) jest mniejsza.

Dla badanej pojemności C = 2nF szybkość opadania napięcia wynosiła 5,5mV/s.

8. Literatura

[1] Kulka Z., Nadachowski A.: „Przetworniki A/C i C/A” WKŁ , W-wa 1970

[2] Kulka Z., Nadachowski A.: „Analogowe układy scalone” WKŁ , W-wa 1985

---