IMG�34 (2)

7»Wr.- będzie tez od aktualnej różnicy napięć i od aktualnej szybkości zmian napięcia UA<) Jest oczywiste, że stromość narastania napięcia na kondensatorze w fazie ustalania nie może bvć mniejsza od największej, spodziewanej stromości (szybkości zmian) napięcia U A. 0

Ryj. 3.19. a - Przebieg napięcia w układne P-P na kondcnsalorzc Ud0 (patrz rys. 3.18 c) w procesie próbkowania b - Przykładowy schemat funkcyjny zastosowania analogowego układu P-P do pomiaru napięcia lokalnie szczytowego

Najistotniejsza dla dokładności mierzenia napięcia chwilowego jest realizacja chwili otwarcia klucza K, czyli faktyczna chwila „pobierania próbki" Tu trzeba rozróżnić nominalną chwilę i faktyczną Nominalna chwila jest tą chwilą, w której przesłany jest impuls sterujący do klucza K Klucz elektroniczny otwiera się z opóźnieniem To opóźnienie nazywa się tu czasem apertury (czasem otwarcia): r. = l,-l_m jest różnicą pomiędzy momentem faktycznego otwarcia a momentem wysłania impulsu sterującego. Z powodu czasu apertury może powstać błąd pomiaru napięcia chwilowego (A, na rysunku) zależnie od aktualnej szybkości zmian UAO ^,m większa szybkość, tym większa możliwa zmiana napięcia chwilowego w tym samym czasie apertury, tzn. na kondensatorze utrwalone (zapamiętane) będzie napięcie chwilowe nie to, które miało być zapamiętane, a więc to które było w chwili wysterowania klucza Ta rozbieżność A., wywołana istnieniem czasu apertury. nazywa się błędem apertury (błędem „pobrania próbki”). To jest jednak tylko pierwsze przybliżenie opisu zjawiska wywołującego błąd apertury. Z wnikliwszego badania wynika, że moment otwarcia klucza K losowo się zmienia i przy każdym otwieraniu, w tym samym układzie, jest inny Czas apertury jest w pewnym zakresie losowy: można wyróżnić wielkość oczekiwaną i wokół niej losowy rozrzut Wielkość oczekiwana jest tożsama z czasem apertury Losowy rozrzut czasu apertury danego układu P-P jest charakteryzowany za pomocą odchylenia średniokwadratowego (standardowego) czasu apertury Tak więc w charakterystyce technicznej układu P-P podaje się czas apertury (wartość oczekiwana) i jego rozrzut standardowy Użytkownik oblicza z tych danych możliwy w danych okolicznościach błąd apertury (czyli błąd wywołany procesem otwierania klucza).

Po otwarciu klucza trwa czas pamiętania r, = t_k-t_a< który kończy się w chwili t_t. W czasie pamiętania kondensator rozładowuje się i napięcie opada, ale może tez w pewnych okolicznościach doładowywać się (i napięcie wzrośnie). Zmiana napięcia w okresie pamiętania powoduje powstanie błędu pamiętania (A_p na rysunku).

W błędzie pamiętania może być zawarta inna składowa wywołana przez zjawisko histerezy dielektrycznej materiału izolacyjnego, użytego w kondensatorze pamiętającym Zjawisko polega na tym, że zmiana napięcia na kondensatorze „ociąga się" w stosunku do

zmian napięcia wymuszającego (w naszym przypadku mierzonego) i kondensator ..zapamiętuje" napięcie mniejsze albo większe zależnie od tego. czy zapamiętywanie dokonało się odpowiednio na zboczu narastającym czy opadającym zmieniającego «ę mierzonego napięcia Na skutek histerezy po odłączeniu napięcia zewnętrznego na kondensatorze moZe pozostać napięcie resztkowe (takie napięcie jest mierzalnym skutkiem histerezy dielektrycznej). Przy dobieraniu kondensatora uwzględnia się więc me tylko pojemność ale tez rodzaj dielektryku użytego do budowy kondensatora

Dokładność układu P-P dobiera się odpowiednio do dokładności przetwornika a/c. za pomocą którego ma być mierzone napięcie chwilowe Jako zasadę można przyjąć. Ze błąd dopuszczalny układu P-P powinien stanowić niewielką część błędu dopuszczalnego zastosowanego przetwornika a/c, ponieważ taniej osiąga się odpowiednią dokładność układu P-P niż równoważną dokładność przetwornika a/c Tak więc np błąd apertury dopuszcza się znacznie mniejszy niż błąd kwantowania zastosowanego przetwornika a/c

Czas potrzebny na pobranie próbki za pomocą analogowego układu P-P może być znacznie krótszy niż czas przetwarzania przetwornika a/c Próbkowanie (analogowe) może zatem być jedynym rozwiązaniem pomiaru napięcia chwilowego przebiegów o bardzo dużej częstotliwości (np. rzędu gigaherca), gdy mierzenie (przetwarzanie a/c) wymaga względnie długiego czasu, szczególnie z większą rozdzielczością, bo nie może być tak szybko wykonane Dostępną szybkość próbkowania wykorzystuje się na dwa sposoby Dla przebiegów okresowych dużej częstotliwości pomiary napięcia chwilowego realizuje się stroboskopowo z poślizgiem, o czym mówiliśmy. Dla przebiegów nieokresowych (jednorazowych, niepowtarzalnych) częstotliwość pomiarów można zwiększyć stosując zwielokrotnienie układów próbkujących i przetworników a/c¹, sekwencyjne ich działanie przy użyciu odpowiedniego sterowania, tak Ze za pomocą kolejnych przetworników pomiarowych mierzy się napięcie chwilowe w kolejnych chwilach ale dzięki temu w każdym m-krotnie rzadziej, jeżeli układów jest m W otrzymanym ciągu czasowym wartości chwilowych tylko co m-ty wynik otrzymywany jest z danego przetwornika, a więc dany przetwornik ma m-krotme więcej czasu na pomiar (przetwarzanie). Otrzymane wyniki są porządkowane we właściwą sekwencję czasową.

Na rysunku 3.20 pokazano schemat funkcyjny rozwiązania, w którym m=4. Pokazano tez sekwencję czasową sterowań.

Przyjmijmy, że układ P-P 0 (o numerze 0, rys. 3.20b) próbkuje z częstotliwością 400 MHz, a czas trwania jednego kroku (2.5 ns) w połowie przeznaczony jest na fazę śledzenia i w połowie na pamiętanie. W fazie pamiętania, która żalem trwa 1.25 ns, niech napięcie wyjściowe z okładu P-P 0 będzie apamiętywane przez układ P-P np. o numerze 1 i pamiętane przez 8.75 ns Przez len czas połączony z nim przetwornik a/c może wykonywać mierzenie. W następnym cyklu działania układu P-P 0 (czyli w następnych 2.5 ns) w laki sam sposób jest próbkowana, zapamiętana i podawana nowa wielkość napięcia chwilowego na układ P-P 2 (o numerze 2), gdzie leż jest zapamiętywane przez 8.75 ns. Przez len czas napięcie jest przetwarzane w kolejnym przetworniku a/c W kolejnych krokach o czasie imama 2.5 ns, napięcie z okładu P-P 0 podawane jest odpowiednio na układy P-P 3 i P-P 4, a potem ponownie na P-P 1. itp Każdy z przetworników a/c ma na przetwarzanie 8.75 ns (na stany nieustalone przypada 1.25 ns, więc cykl wynosi 10 ns). gdy układ P-P 0 próbkuje co 2.5 ns, czyli z częstotliwością cztery razy większą. Wyniki pomiaru otrzymywane na wyjściu przetworników a/c należy we właściwej kolejności zapamiętać, a potem po wykonaniu pomiarów z pamięci cyfrowej można odtworzyć w dowolnym tempie. Układ P-P 0 może być szybki, bo zapamiętuje na krótki czas i przekazuje zapamiętane napięcie do odpowiedniego układu P-P, a każdy z nich ma pamiętać -w naszym przypadku - przez czas siedem razy dłuższy, czas użytecznego pamiętania, w którym wykonywany jest pomiar (czyli przetwornik a/c przetwarza)

W rozwiązaniu pokazanym na rys. 3.20 można zastosować dowolną liczbę modułów z przetwornikami a/c i tym samym zwielokrotnić liczbę równoległych torów przetwarzania, a w konsekwencji wydłużyć czas dostępny dla każdego przetwornika a/c i ewentualnie zwiększyć częstotliwość próbkowania układu jako całości.

Na jeden lor pomiarowy składa się komplet złożony z układu P-P i przetwornika a/c

147