LABORATORIUM METROLOGII
WYDZIAŁ: EAIiE			Rok: II Grupa: 4
Tytuł ćwiczenia: Przetworniki A/C i C/A - budowa i zastosowanie.			Zespół: C Matusz Grzegorz Mroczek Grzegorz Lizak Adam
Data wykonania:	Data oddania: 18.03.2000	Ocena:

Cel ćwiczenia: .

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadą działania oraz właściwościami przetworników analogowo - cyfrowych oraz cyfrowo- analogowych.

Program ćwiczenia:

I.
Obserwacja i badanie działania toru przetwarzania A/C - C/A zbudowanego w oparciu o przetwornik A/C bezpośredniego porównania i przetwornik A/C z sumowaniem prądów.

Na wejście układu przetworników podaliśmy sygnał sinusoidalny o amplitudzie ok. 2V z nałożoną składową stałą ok.3V z generatora oraz podłączyliśmy dwa kanały oscyloskopu odpowiednio do wejścia i wyjścia całego toru przetwarzania tak jak na powyższym rysunku. Następnie przeprowadziliśmy obserwacje działania toru przy różnych częstotliwościach sygnału począwszy od częstotliwości 0.05 Hz do kilkunastu kHz. Stwierdziliśmy, że powyżej 12 kHz dają się zauważyć na tyle duże zniekształcenia sygnału wyjściowego, że działanie toru możemy uznać za nieprawidłowe.

II. Wyznaczanie charakterystyk toru przetwarzania AC - CA .

1. Wyznaczanie charakterystyki Uwy=f (Uwe).

Napięcie wejściowe oraz wyjściowe mierzymy woltomierzami oraz obserwujemy zmiany stanów wewnętrznych wyświetlacza przetwornika. Wyniki naszych pomiarów przedstawione są w tabelach poniżej:

a) Dla rosnących wartości .

b) Dla malejących wartości .

Jak wynika z otrzymanych wyników przetwornik ten charakteryzuje się histerezą tzn. dla pewnych wartości napięcia wejściowego otrzymaliśmy różne wartości napięcia wyjściowego przy zwiększaniu i zmniejszaniu na wejściowego.

Proste odniesienia ani w kierunku wzrostu napięcia wejściowego ani w kierunku zmniejszania nie pokrywają się z prostą teoretyczną nachyloną pod kątem 45^O. Obie proste są przesunięte względem prostej teoretycznej.

2. Wyznaczanie charakterystyki statycznej A/C (cyfra w funkcji nap. wej.).

3. Wyznaczanie charakterystyki statycznej C/A (nap. wyj. w funkcji cyfry).

4. Możemy więc wyznaczyć błędy związane z tym torem przetworników:

1. Błąd komutacji - odchylenie punktu komutacji od prostej odniesienia, gdy wielkość wejściowa jest zmieniana stale w jednym kierunku

2. Strefa martwa (D) - występuje na skutek niemonotoniczności charakterystyki wzorca (przetwornika C/A). Występuje najczęściej w przetwornikach A/C z kompensacją wagową, gdy błąd bezwzględny sumy składników wzorca przekracza dla niektórych stanów wartość jednego kwantu (praktycznie nie występuje).

3. Histereza (H) - spowodowana jest różnicą w położeniach odpowiadających sobie parami punktów komutacji, z których jeden występuje, gdy wielkość przetwarzana wzrasta, a drugi - gdy wielkość ta maleje.

H=(H₁+...+H_n) / n

H=(0,192+0,174+0,172+0,154+0,182+0,139+0,170+0,146+0,194+0,163)/10 = 0,1686 V

d) Błąd nieliniowości:

δ_Nielini=max{Δ Y}/ Y_Max = 0.74/4.21= 0.176

III. Obserwacja przebiegów wybranych punktach przetwornika A/C z podwójnym całkowaniem

1. Otrzymaliśmy następujące przebiegi:

A

a) przebieg napięcia na elemencie całkującym. Przebieg w czasie.

b) Czas trwania całego procesu

c)Czas ładowania się kondensatora napięciem wzorcowym.

d) Czas rozładowania kondensatora napięciem mierzonym

c) Przebieg impulsów zliczanych przez licznik.

2. Zasada działania przetwornika A/C z całkowaniem podwójnym.

Przetworniki tego typu cechują się krótkim czasem przetwarzania (czas odpowiedzi poniżej 1 ns), pomiar odbywa się w jednym cyklu (takcie).

Pełny cykl pracy przetwornika składa się, podobnie jak przy całkowaniu pojedynczym, z dwóch kroków - ładowania i rozładowania kondensatora w integratorze. W pierwszym kroku (całkowanie pierwsze) napięcie mierzone U_x dołączone jest przez obwód wejściowy i bramkę elektroniczną (klucz) B1 na wejściu integratora. Czas otwarcia bramki jest t_Ł jest ściśle określony i niezależny od wartości napięcia mierzonego. W tym czasie napięcie U_CŁ na wyjściu integratora osiąga wartość proporcjonalną do całki z napięcia U_x. Po upływie czasu t_Ł zamyka się bramka B1 i rozpoczyna się drugi krok pracy przetwornika (całkowanie drugie), w którym przez bramkę B2 doprowadzane jest na wejście integratora stałe napięcie kompensacyjne U_k o przeciwnej niż U_x biegunowości. Całkowanie drugi trwa tak długo (czas t_R), aż komparator (detektor zera) stwierdzi zerową wartość napięcia na wyjściu integratora. Mierząc w sposób cyfrowy wartość czasu rozładowania kondensatora t_R można określić wartość średnią napięcia mierzonego U_x w przedziale czasowym t_Ł.

O dokładności przetwarzania przetworników A/C tego typu decydują przede wszystkim:

• dokładność i stałość napięcia kompensacyjnego,

• wartość progu nieczułości detektora zera,

• błąd cyfrowego pomiaru czasu rozładowania, na który przetwarzana jest średnia wartość napięcia mierzonego.

Parametry integratora nie wpływają w sposób istotny na dokładność przetwarzania pod warunkiem ich krótkoterminowej (obejmującej oba całkowania) stabilności. Błąd przetwarzania dla przetworników z podwójnym całkowaniem mieści się zwykle w granicach 0.01...0.1% U_x, przy rozdzielczości dochodzącej nawet do 1μV.

Ważną zaletą przetworników integracyjnych jest ich zdolność tłumienia zakłóceń , nałożonych na stały sygnał mierzony.

IV. Wnioski.

1. Z zasady działania przetworników A/C i C/A wynika, że im większa dokładność tych urządzeń, tym większy będzie czas przetwarzania sygnału mierzonego.

2. Zwiększenie rozdzielczości przetwornika (zwiększenie ilości bitów) nie ma sensu, gdy zastosowane układy w przetworniku mają mniejszą dokładność niż bity najmniejszej wagi.

3. Badany przez nas przetwornik z komparacją równoległą wykazywał silną nieliniowość.

4. Przy zwiększaniu i zmniejszaniu mierzonego napięcia wejściowego widać było odpowiednio zapalanie i gaśnięcie diod dla różnych wartości U_WE, co świadczy o pewnej histerezie przetwornika.

5. Otrzymanie przebiegów na oscyloskopie wymagało dokładnego zsynchronizowania jego przebiegu, co wymagało wielu prób ustawiania.

6. Wartości napięcia odpowiadające bitom „niższym” przetwornika były połową napięcia dla bitów „wyższych”. Świadczy to o pracy typu „kompensacja wagowa”.

7. Za pomocą oscyloskopu można w miarę dokładnie oszacować całkowity czas przetwarzania napięcia w przetwornikach, oraz czas trwania poszczególnych etapów.

8. Przy obserwacji przebiegów w przetworniku z podwójnym całkowaniem widać było wyraźnie, że czas pierwszego całkowania jest stały i niezależny od napięcia mierzonego, natomiast czas drugiego całkowania jest proporcjonalny do mierzonego napięcia.

1. Napięcie zmierzone woltomierzem z podwójnym całkowaniem dosyć dokładnie zgadzało się z napięciem wejściowym, co świadczy o dużej dokładności tego typu przetworników.

Strona 2

---