79616 IMG�07 (2)

długi jest czas przejścia, i odwrotnie Równocześnie A_PU nie może być zbyt małe ze względu na ..pływanie zera" (napięcie niezrównoważenia!) Gdyby zrobić tak. że próg \U byłby zbyt mały dla danego układu (czyli duże wzmocnienie), detektor mógłby samoistnie przechodzić ze stanu jednego do drugiego AfU zależy też od „głębokości wysterowania”, tj od początkowej wielkości tA^U, z której detektor „startuje", żeby przejść do stanu przeciwnego Obiera się wartość napięcia A—U ^m 100 mV jako standard i przy tym napięciu wy-znacza się wartość progu ApU. Przy takiej konwencji można porównywać przydatność detektorów znaku ze względu na próg pobudliwości

Ryi-3. 6. Schematyczna charakterystyka -*Uw, detektora znaku różnicy napięć

±A_PU wyznacza strefę (przedział) histerezy detektora (rys.3.6). Dla takiego napięcia na wejściu, które mieści się wewnątrz przedziału ±ApU, detektor jest niestabilny (może generować samoistne zmiany napięcia na wyjściu) Przed takimi stanami zabezpiecza się detektor stosując np strobo w a nie, czyli takie sterownie detektorem, że detekcja znaku AU może zajść tytko w wybranych chwilach (w czasie sygnału strobującego), potem detektor pozostaje w stanie, który „odczytał" w chwili strobowania, aż do następnego momentu potrzebnej detekcji. Strobowanie jest konieczne w szybkich układach cyfrowych.

Trudno jest łącznie spełnić na wysokim poziomie jakości wszystkie oczekiwania od detektora znaku (małe napięcie progowe i duża szybkość przejścia w stan przeciwny), dlatego osiągana skromna jakość detektorów znaku wywiera wpływ na konstrukcję przyrządów cyfrowych. Z tego właśnie powodu komparację napięcia realizuje się przy możliwie dużym napięciu, tak żeby udział napięcia progowego detektora znaku stanowił możliwie mało w stosunku do poziomu napięć porównywanych (dlatego stosuje się wstępne wzmacnianie, gdy porównywane napięcia są małe).

Napięcie progowe detektora znaku dobiera się tak dla danego cyfrowego układu porównywania, zęby stanowił on odpowiednią część rozróżnianej jednostki kwantyzacji napięcia, np 0 5 takiej jednostki Równocześnie określa się szybkość przechodzenia z jednego stanu do przeciwnego i porównuje z wymaganiami układu Tę szybkość wyraża się jako czas przejścia w jednostkach czasu, np. w ns. Zawsze jest tak. Ze szybkość jest mniejsza, gdy napięcie progowe jest mniejsze Jest to jeden z powodów, że przyrządy pomiarowe szybsze są mniej dokładne

Detektor znaku różnicy ma mały próg (jest czuły), gdy napięcie A_PU jest rzędu np 2mV, ale wówczas czas zadziałania jest rzędu np. 40 ns Detektor jest mało czuły, gdy próg wynosi np 25mV, ale wówczas jego czas zadziałania może wynieść np. 2ns.

W danych katalogowych o detektorach znaku różnicy (o komparatorach analogowych') z zasady nie podaje się danej o napięciu progowym, lecz dane, na podstawie których taki próg może być określony rachunkowo.

3.2.5. Dzielenie napięcia

Zajmując się pomiarem czasu podkreślaliśmy, Ze doskonałość techniki pomiaru czasu wynika z łatwości i doskonałości podziału czasu na równe odstępy, do czego wykorzystuje się zjawiska okresowe, a konkretnie łatwość generowania elektrycznych sygnałów okresowych, np okresowo powtarzanych impulsów napięcia Gdy bieg czasu jest juZ znaczony impulsami w równych odstępach, to mierzenie czasu sprowadza się do zliczania takich odstępów (kwantów), a to jest już łatwe.

To co tak klarownie widać na przykładzie pomiaru czasu, jest w swej istocie uniwersalną procedurą postępowania przy pomiarach wszystkich wielkości fizycznych, bo zawsze¹ realizując mierzenie musimy rozwiązać problem podziału, a potem pozostaje nam w toku mierzenia zliczać odpowiednie, powstałe z podziału „kawałki” (tzw kwanty). Niestety, dla innych wielkości fizycznych niż czas podział na równe części (kwanty lub ich znane wielokrotności) o znanej wartości jest głównym i trudnym technicznym problemem pomiarowym, realizowanym różnorodnymi środkami Do takich wielkości należy napięcie

Pierwotnie, gdy nie umiano dzielić napięcia na kwanty, stosowano tzw analogową technikę pomiaru napięcia, czyli stosowano woltomierze analogowe (wskazówkowe) W tym postępowaniu najpierw miało miejsce odwzorowywanie napięcia na długość (drogę przemieszczenia wskazówki), a następnie człowiek wzrokowo mierzył długość, wyrażając ją jednak w odpowiadającej jej liczbie jednostek napięcia Postępowano tak, bo umiano przy użyciu wzroku mierzyć długość, a bez zdolności człowieka do „odczytywania długości", czyli „dzielenia na kwanty długości i ich zliczania" ten sposób pomiaru byłby nierealizowalny.

Najbardziej rozpowszechniony² i skuteczny sposób podziału napięcia polega na wykorzystaniu obwodów elektrycznych zbudowanych z rezystorów i na wykorzystaniu prawa Ohma. Sieci rezystorów przeznaczone do dzielenia nazywane są dzielnikami rezystorowymi (rezystancyjnymi). Stosuje się dwa podstawowe schematy połączenia rezystorów: szeregowy i równoległy O tych schematach mówi się też odpowiednio dzielnik w układzie napięciowym, dzielnik w układzie prądowym. Oprócz wymienionych schematów elementarnych istnieje wiele złożonych układów dzielników rezystancyjnych, w których wymienione elementarne idee znajdują zastosowanie

Podział napięcia (stałego) i natężenia prądu realizuje się również na innych zasadach fizycznych. W najbardziej konkurencyjnym sposobie cel osiąga się w dwu krokach. W pierwszym kroku odwzorowuje się (przetwarza pomiarowo) napięcie na odstęp czasu, a w drugim kroku korzysta się ze znanej techniki podziału czasu. Wówczas każdemu utworzonemu kwantowi czasu odpowiada znany kwant napięcia. Ten sposób jest szczególnie przy-

95

1

Formułujemy laką lezę w stosunku do wielkości fizycznych, które z punktu widzenia miernictwa są zawsze ciągle. Ignorujemy tu pogląd, według którego „pomiarem w jednostkach naturalnych jest zliczanie sztuk pewnej liczby elementów wyróżnionego zbioru (np. owiec w stadzie) Pogląd, że zliczanie jest szczególnym (najprostszym) przypadkiem pomiaru, ignorujemy, ponieważ dla miernictwa z takiej kwalifikacji niejtie wynika. Pojęcie liczby powstało jako abstrakcja jednej z właściwości zbioru, zwanej „licznością zbioru", a właściwość lę mają wszystkie zbiory (przeliczalne) Do stwierdzenia liczności wystarczy porachować elementy, niepotrzebny jest eksperyment pomiarowy. Liczby - jako odwzorowanie liczności - powstały wcześniej nim człowiek zaczął mierzyć.

Skojarzmy sobie zagadnienie pomiaru napięcia z zagadnieniem pomiaru np. długości. Metr dzielimy na 1000 równych części (można np skorzystać z twierdzenia Talesa!), a jeżeli irzeba. 10 powstały z podziału milimetr możemy leż podzielić na tysiąc części (mikrometrów) Przykładając przymiar z tak utworzoną podzialką milimetrową do przedmiotu wyznaczamy jego długość zliczając przypadającą na tę długość np. liczbę milimetrów Według tego samego schematu postępujemy mierząc napięcie, tyle że napięcia nie potrafimy „widzieć" wzrokowo.

2

' Najwcześniej wynaleziony i stosowany.