-- Na obecnym wykładzie

- podstawowe bloki mierników analogowych

- procesy składające się na przetwarzanie analogowo-cyfrowe

- podstawowe sposoby przetwarzania A/C

- podstawowe parametry przetworników A/C

PODSTAWOWE BLOKI MIERNIKÓW ANALOGOWYCH

-- Bloki generacji sygnałów i czujników

-- Bloki przetwarzania analogowego

- kondycjonowanie sygnałów

Celem kondycjonowania jest dopasowanie sygnału wyjściowego czujnika (przetwornika) do wejścia następnego stopnia układu pomiarowego

- komparacja (porównywanie)

-dopasowanie energetyczne

-uzyskiwanie wyniku pomiaru

>> bloki realizujące zgodnie z definicją wielkości mierzonej w danym urządzeniu

>> podstawowe sposoby przetwarzania sygnału zmiennego o okresie T:

* wartość średnia sygnału pomiarowego (składowa stała)

* składowa zmienna sygnału pomiarowego

* wartość międzyszczytowa (pik-pik) sygnału pomiarowego

* wartość skutecznego sygnału pomiarowego

Rys. Schemat strukturalny przetwornika wartości skutecznej

Interpretacja energetyczna

Wartość napięcia skutecznego sygnału zmiennego jest równa napięciu stałemu, które spowodowałoby wydzielenie takiej samej mocy na rezystorze.

-- Przetworniki prostownikowe AC/DC

- prostownik przekształca sygnał przemienny w czasie (przeważnie bez składowej stałej) na sygnał posiadający składową stałą

- uzyskana składowa stała jest proporcjonalna do jednego z parametrów badanego sygnału i jej pomiar wykorzystywany jest do pomiaru tego parametru

- podstawowe przetworniki

>> prostowniki wartości średniej

>> prostowniki wartości szczytowej

>> prostowniki wartości skutecznej

>> prostowniki wartości średniej

Rys. Przebieg prądu w układzie prostownika jednopołówkowego

Rys. Przebieg prądu w układzie prostownika dwupołówkowego

>> prostowniki wartości szczytowej

Rys. Przetworniki wartości szczytowej a) szeregowy b) równoległy

Rys. Przebieg napięcia w przetworniku szczytowym

>> prostowniki wartości skutecznej

Rys. Przebieg prądu w układzie kwadratora

-- Inne przetworniki

- wzmacniacze pomiarowe

- przetworniki mnożące

- …

PRZETWORNIKI ANALOGOWO-CYFROWE (A/C)

-- Proces przetwarzania analogowo-cyfrowego

- zadaniem bloku przetwarzania analogowo-cyfrowego jest przekształcenie wielkości analogowej w ciąg znaków (najczęściej binarnych 0, 1), które mogą być dalej przetwarzane cyfrowo. Polega na próbkowaniu, kwantyzacji i kodowaniu sygnału

Rys. Schemat przetwarzania analogowo-cyfrowego

- Próbkowanie (dyskretyzacja w czasie) polega na pobieraniu w określonych odstępach czasu
próbek sygnału
(zwykle okres próbkowania jest stały)

- Kwantowanie (dyskretyzacja wartości) polega na przyporządkowaniu każdej próbce jednego ze skończonej liczby poziomów wartości (poziomów kwantowania

- Kodowanie polega na przedstawieniu sygnału cyfrowego w postaci kodu, będącego najczęściej uporządkowanym szeregiem stanów dwójkowych (kod binarny)

Rys. Schemat procesu próbkowania i kwantyzacji

Rys. Zależność liczby poziomów kwantowania od liczby bitów przetwornika

-- Cechy przetworników analogowo-cyfrowych

- Przetwornik A/C to urządzenie realizujące przetwarzanie analogowo-cyfrowe

- Precyzja przetwornika A/C (z kodowaniem dwójkowym) jest określana przez liczbę bitów N reprezentujących największą z możliwych wartości sygnału dyskretnego. Wtedy:

>> liczba poziomów kwantowania wynosi

>> wyjście (cyfrowe) może przyjąć jedną z wartości 0,1, …,

>> poziomów kwantowania (kwant q) wynosi

- jednoznaczność przetwarzania

- opis matematyczny przetwarzania

>> próbkowanie równomierne

>> kwantowanie równomierne

>> błąd kwantowania

- charakterystyka przetwarzania

Rys. Symbol i charakterystyka idealnego przetwornika A/C

- podstawowe parametry przetworników A/C (we/wy, statyczne i dynamiczne)

>> zakres i polaryzacja wejścia

>> liczba bitów wyjściowych

>> rozdzielczość
>> dokładność

>> czas przetwarzania

-- Rodzaje przetworników analogowo-cyfrowych

- przetworniki z porównaniem bezpośrednim

>> przetworniki sigma-delta (
)

>> przetworniki kompensacyjne (kompensacja równoległa, równomierna, wagowa)

Rys. Przetwarzanie A/C metodą kompensacyjną

Rys. Przebieg kompensacji równomiernej i wagowej

- przetwornik z porównaniem pośrednim (sygnał analogowy przetwarzany jest najpierw na inną proporcjonalną do niego wielkość jak np. czas lub częstotliwość

>> pojedyncze całkowanie (metoda czasowa)

>> podwójne całkowanie (metoda czasowa)

>> przetworniki napięcie-częstotliwość (metoda częstotliwościowa)

Rys. Przetwarzanie A/C metodą podwójnego całkowania

-- Pytania kontrolne

- jakie funkcje pełnią podstawowe bloki mierników analogowych

- jakie procesy składają się na przetwarzanie analogowo-cyfrowe

- omów podstawowe sposoby przetwarzania A/C

- podaj podstawowe parametry przetworników A/C

---