ELEKTRONICZNE PRZYRZĄDY I TECHNIKI POMIAROWE

ZAGADNIENIA DO ZALICZENIA (Wykłady –wiosna 2016)

1. Podstawowe operacje analogowo-cyfrowego przetwarzania

2. Próbkowanie sygnału, podstawowe parametry: okres i częstotliwość próbkowania

3. Okresowe próbkowanie sygnałów dolno pasmowych. Twierdzenie Shannona-Kotelnikova

4. Zjawisko alliasingu podczas próbkowania sygnałów, eliminacja alliasingu

5. Kwantowanie sygnału, podstawowe parametry: wartość kwantu, liczba kwantów, rozdzielczość w bitach

6. Podstawowa zasada przetwarzania analogowo-cyfrowego trwałości impulsu w wartość cyfrową

7. Przetwarzanie analogowo-cyfrowe (cyfrowy pomiar) częstotliwości sygnału impulsowego

8. Błędy pomiaru parametrów czasowo-częstotliwościowych. Częstotliwość graniczna uniwersalnego czasomierza - częstotliwościomierza.

9. Uproszczona klasyfikacja przetworników A/C napięcia. Przetwornik analogowo-cyfrowy jako czarna skrzynka

10. Przetwornik AC z przetwarzaniem równoległym: struktura, podstawowe operacje, czasowe przebiegi, wzory.

11. Wielostopniowe przetworniki A/C z przetwarzaniem równoległym

12. Przetwornik AC z przetwarzaniem kompensacyjny wagowym: struktura, podstawowe operacje, czasowe przebiegi, wzory.

13. Przetworniki analogowo-cyfrowy z przetwarzaniem cyklicznym RSD: struktura, podstawowe operacje, czasowe przebiegi, wzory

14. Zasada przetwarzania A/C ze wstępnym przetwarzaniem napięcia w interwał czasowy

15. Metoda przetwarzania U/T z dwukrotnym całkowaniem

16. Funkcja i współczynnik przetwarzania A/C z dwukrotnym całkowaniem

17. Obliczanie parametrów współczynnika przetwarzania A/C z dwukrotnym całkowaniem

18. Zasada przetwarzania A/C ze wstępnym przetwarzaniem napięcia w częstotliwość impulsów

19. Zasada przetwarzania integracyjnego przetwornika U/f działający na zasadzie bilansu ładunku: struktura, podstawowe operacje, czasowe przebiegi, wzory.

20. Obliczanie parametrów współczynnika przetwarzania A/C z integracyjnym przetwornikiem U/f działającym na zasadzie bilansu ładunku

21. Przetworniki analogowo-cyfrowy z przetwarzaniem sigma-delta: struktura, podstawowe operacje, czasowe przebiegi, wzory

22. Klasyfikacja podstawowych parametrów niedokładności przetworników A/C.

23. Błąd kwantowania

24. Oddziaływania addytywne i multiplikatywne

25. Dryfty temperaturowe i czasowe

26. Nieliniowość funkcji przetwarzania A/C

Zagadnienia praktyczne:

1. Rozdzielczość analogowo-cyfrowego przetwornika w przetwarzaniem równoległym wynosi n=8 bitów, zakres przetwarzania U_FS=±2.56 V. Wyznaczyć liczbę komparatorów przetwornika, liczbę kwantów N_kw oraz wartość jednego kwantu q w mV.

2. Rozdzielczość analogowo-cyfrowego przetwornika wynosi d=4½ cyfry dziesiątkowe, zakres przetwarzania U_FS=±20 V. Wyznaczyć liczbę kwantów N_kw oraz wartość jednego kwantu q w mV.

3. Wartość bitu najmniej znaczącego przetwornika cyfro-analogowego wynosi q=0.25 mV, liczba kwantów stanowi N_kw=4096, Wyznaczyć rozdzielczość przetwornika cyfro-analogowego oraz zakres jego napięcia wyjściowego U_C/Awy. Wyznaczyć liczbę rezystorów o wartości R oraz o wartości 2R w układzie C/A R-2R.

4. Uniwersalny czasowo-częstościomierz charakteryzuje się maksymalnym czasem otwarcia bramki przy pomiarze częstotliwości T=1 s oraz maksymalną częstotliwością generatora wzorcowego (przy pomiarze interwału czasowego) f_gen=10 MHz. Wyznaczyć metodę pomiaru tej częstotliwości, która zapewnia mniejszy błąd zliczania (kwantowania), obliczyć wartość graniczną względną błędu zliczania (kwantowania).

5. ADC z dwukrotnym całkowaniem ma zakres przetwarzania napięcia wejściowego U_FS=2 V i rozdzielczość 4,5 cyfry dziesiątkowych (wskazanie 0.0000÷1.9999 V), czas całkowania sygnału pomiarowego wynosi T₁=20 ms, wartość napięcia referencyjnego U_ref=8 V. Wyznaczyć wartość częstotliwości generatora wzorcowego f_gen dla zapewnienia wyniku przetwarzania liczbowo proporcjonalnego do wartości napięcia wejściowego, wyznaczyć maksymalny czas T₂ całkowania napięcia referencyjnego oraz sumaryczny czas przetwarzania T_ADC.

6. Dla zadanej wartości napięcia przetwarzanego V_x=5.3 V przedstawić proces przetwarzania kompensacyjnego wagowego n=8 bitowego analogowo-cyfrowego przetwornika, zakres przetwarzania którego wynosi U_FS=6.4 V. Wstępnie wyznaczyć wartość kwantu q. Przedstawić wynik analogowo cyfrowego przetwarzania.

7. Dla zadanej wartości napięcia przetwarzanego V_x=-2.6 V przedstawić proces przetwarzania n=8 bitowego analogowo-cyfrowego przetwornika RDS, wartość referencyjnego napięcia wynosi V_ref=±12,8 V, wartości progowe U_pr=±6,4 V Przedstawić wynik analogowo cyfrowego przetwarzania.

8. Dla zadanej wartości napięcia przetwarzanego V_x=+4 V przedstawić proces sigma-delta analogowo cyfrowego przetwarzania pierwszego rzędu, jeżeli wartość referencyjnego napięcia wynosi V_ref=±10 V oraz wartość napięcia na wyjściu integratora w moment startowy (stan początkowy) wynosi V_0int=+1 V. Stała czasowa całkowania równa okresu impulsów zegarowych. Liczba cykli przetwarzania powinna być taką żeby kolejne stany wyjściowe integratora ułożyli się w jeden okres. Wyznaczyć i przedstawić wynik analogowo cyfrowego przetwarzania.

9. Oszacowanie składowych niepewności wskazania przetwornika A/C (lub cyfrowego miernika). Dla zadanych parametrów przetwornika A/C (cyfrowego multimetru): Zakres U_FSR=2.56 V, rozdzielczość 12 bitów, wskazanie N_x =Re=100111001110, parametry niedokładności – wartości graniczne odchyleń wskazań w warunkach odniesienia: ± 0,1 % of Re + ± 0,08 % of FSR; dryfty temperaturowe ±0,01 % of Re +±0,02 % of FSR przy odchyleniu temperatury od nominalnej (22±5)^oC na 1^oC (pomiar zrealizowany przy temperaturze około 15^oC); dryft czasowy ±0,02 % of Re + ±0,02 % of FSR w ciągu 1 rok (pomiar zrealizowany w 10 mies po ostatniej kalibracji) obliczyć wartości graniczne odchyleń wskazania przetwornika: 1) w warunkach odniesienia; 2) od dryftu temperaturowego; 3) od dryftu czasowego.

10. Oszacowanie składowych niepewności wskazania przetwornika A/C (lub cyfrowego miernika). Dla zadanych parametrów przetwornika A/C (cyfrowego multimetru): Zakres U_FSR=10 V, rozdzielczość 4 cyfry dziesiątkowych (zakres wskazań 0.000÷9.999 V), wskazanie U_x=Re =5,432 V, parametry niedokładności – wartości graniczne odchyleń wskazań w warunkach odniesienia: ± 0,05 % of Re + ± 0,04 % of FSR; dryfty temperaturowe ±0,005 % of Re +±0,002 % of FSR przy odchyleniu temperatury od nominalnej (22±2)^oC na 1^oC (pomiar zrealizowany przy temperaturze około 29^oC); dryft czasowy ±0,005 % of Re + ±0,005 % of FSR w ciągu 60 dni (pomiar zrealizowany w 50 dni po ostatniej kalibracji) obliczyć wartości graniczne odchyleń wskazania: 1) w warunkach odniesienia; 2) od dryftu temperaturowego; 3) od dryftu czasowego.

11. Podstawowe operacje analogowo-cyfrowego przetwarzania

12. Przetworniki analogowo-cyfrowy z przetwarzaniem cyklicznym RSD: struktura, podstawowe operacje, czasowe przebiegi, wzory

13. Rozdzielczość analogowo-cyfrowego przetwornika w przetwarzaniem równoległym wynosi n=8 bitów, zakres przetwarzania U_FS=±5.12 V. Wyznaczyć liczbę komparatorów przetwornika, liczbę kwantów N_kw oraz wartość jednego kwantu q w mV.

14. Uniwersalny czasowo-częstościomierz charakteryzuje się maksymalnym czasem otwarcia bramki T=10 s przy pomiarze częstotliwości) oraz maksymalną częstotliwością generatora wzorcowego (przy pomiarze interwału czasowego) f_gen=10 MHz. Wyznaczyć metodę pomiaru częstotliwości f_x=7,5 kHz, która zapewnia mniejszy błąd zliczania (kwantowania), obliczyć wartość graniczną względną błędu zliczania (kwantowania).

15. Dla zadanej wartości napięcia przetwarzanego V_x=+5 V przedstawić proces sigma-delta analogowo cyfrowego przetwarzania pierwszego rzędu, jeżeli wartość referencyjnego napięcia wynosi V_ref=±8 V oraz wartość napięcia na wyjściu integratora w moment startowy (stan początkowy) wynosi V_0int=-1 V. Stała czasowa całkowania równa okresu impulsów zegarowych. Liczba cykli przetwarzania powinna być taką żeby kolejne stany wyjściowe integratora ułożyli się w jeden okres. Wyznaczyć i przedstawić wynik analogowo cyfrowego przetwarzania.

16. Dla zadanej wartości napięcia przetwarzanego V_x=6.6 V przedstawić proces przetwarzania kompensacyjnego wagowego n=8 bitowego analogowo-cyfrowego przetwornika, zakres przetwarzania którego wynosi U_FS=8.192 V. Wstępnie wyznaczyć wartość kwantu q. Przedstawić wynik analogowo cyfrowego przetwarzania.

17. Oszacowanie składowych niepewności wskazania przetwornika A/C (lub cyfrowego miernika). Dla zadanych parametrów przetwornika A/C (cyfrowego multimetru): Zakres U_FSR=20 V, rozdzielczość 41/2 cyfry dziesiątkowych (zakres wskazań 0.000÷19.999 V), wskazanie U_x=Re =15,481 V, parametry niedokładności – wartości graniczne odchyleń wskazań w warunkach odniesienia: ± 0,05 % of Re + ± 0,04 % of FSR; dryfty temperaturowe ±0,004 % of Re +±0,003 % of FSR przy odchyleniu temperatury od nominalnej (22±2)^oC na 1^oC (pomiar zrealizowany przy temperaturze około 26^oC); dryft czasowy ±0,003 % of Re + ±0,004 % of FSR w ciągu 90 dni (pomiar zrealizowany w 80 dni po ostatniej kalibracji) obliczyć wartości graniczne odchyleń wskazania: 1) w warunkach odniesienia; 2) od dryftu temperaturowego; 3) od dryftu czasowego.