evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Непрерывная величина Х(г) заменяется последовательностью отсчетов Х(гь), взятых в некоторые моменты времени гг. Обычно промежутки времени между двумя последовательными отсчетами Жг = ть + т — га выбираются одинаковыми. В этом случае говорят, что шаг дискретизации Ьг постоянен. Процесс квантования заключается в замене непрерывных значений величины Х(г) конечным набором ее дискретных значений Х„. Каждое из этих значений совпадает с одним из установленных уровней квантования, отстоюпих друг от друга на интервал (шаг) квантования.
Непрерывные значения величины заменяются значениями уровней квантования в соответствии с некоторым правилом. Например, вместо непрерывных значений величине приписываются значения ближайших уровней. Кодированием называется процесс представления численного значения величины, определенной последовательностью цифр или сигналов, т.е. кодом. Для преобразования цифрового кода в напряжения, воздействующие на цифровое отсчетное устройство и формирующие показания ЦИП, используется устройство, называемое дешифратором. Процессы дискретизации и квантовании являются принципиальными источниками погрешностей ЦИП.
Ясно, что замена непрерывной величины рядом ее значений, считанных в определенные дискретные моменты времени, ведет к потере информации о поведении этой величины в 75 Рис 239 промежутках между отсчетами. Конечно число уровней квантования также является причиной погрешностей ЦИП. Аналого-цифровые преобразователи. Аналого-цифровые преобразователи — это измерительные преобразователи, назначение которых состоит в автоматическом преобразовании измеряемой впало оной величины в дискретную, представленную в виде цифрового кода. В соответствии с методом построения все АЦП можно разделить на трн группы: с время-имйульсным преобразованием„с частотно-импульсным преобразованием и поразрядного уравновешивания. АЦП с время-импульсным преобразованием.
В основу время-импульсного метода положено преобразование измеряемой величины в интервал времени, заголняемый затем импульсами со стабильной частотой следования„(счетными импульсами) . АЦП, использующие зтот метод, применяются для преобразования временного интервала, напряженна, частоты, разности фаз и других величин в код.
Упрощенная функциональная схема АЦП с время-импульсным преобразованием представлена на рис. 2.39. Она включает в себя два преобразователя. Первый преобразует входную величину Х в интервал времени Аг, второй — интервал времени Ат в последовательность импульсов (цифровой код) Л'. Если структура первого преобразователя может быль различной в зависимости от вида входной величины Х, то структура преобразователя временной интервал — код одинакова для всех АЦП. Она представлена на схеме рис.
2.40. Временной интервал Агх = Гз — Г, задается днуМя короткнми ИыпУльсами игт и пгз — опоР- ным (в момент времени г,) и интервальным (в момент времени тт). Эти импульсы поступают на блок формирования (БФ), вырабатывающий прямоугольный импульс ип, длительностью Ьгх = га — т,. Указанный прямоугольный импульс подается на один из входов 1 временного селектора (ВС). На другой вход 2 временного селектора от генератора счетных импульсов (ГСИ) постоянно поступает последова. тельность счетных импульсов исч со строго определенной частотой следования 1 „. Счетные импульсы могут проходить через ВС на выход только тогда, когда ВС открыт прямоугольным импульсом пп,, т.е.
в течение временного интервала Ьт . Поскольку период следования счетных импульсов Тс„= 1//' „выбирается много меньшим, чем Ьгх, то можно утверждать, что число счетных импульсов Аг, прошедших через ВС, выражается формулой Ф = Агх/Тсч = Агх/ „. Следовательно, Атх = 1У//,ч. Таким обРазом, кажцомУ вРеменномУ интеРвалУ ставитсЯ 76 и вм а Икод в соответствие последовательность определенного числа импульса на выходе АПП, т.е. цифровой код.
Суммарная погрешность описанного выше АЦП определяется следующими основными факторами: нестабильностью частоты следования счетных импульсов, погрешностью преобразования измеряемого временного интервала в длительность прямоугольного импульса, открывающего ВС„погрешностью дискретности. Чтобы практически устрь нить погрешность, вызванную нестабильностью ~' „, применяют ГСИ с кварцевой стабилизацией. Вторая составляющая погрешности обусловлена влиянием помех на работу БФ. Основным элементом БФ является триггер.
На момент переброса триггера из одного состояния в другое может влиять помеха, которая складывается с напряжением, поступающим на вход БФ. Поэтому длительность прямоугольного импульса, воздействующего на ВС, может несколько отличаться от временного интервала Ьг„. Это отличие приводит к погрешности, которая носит случайный характер.
Для ее уменьшения следует по возможности увеличивать отношение сигнал/помеха на входе БФ. Третья составляющая погрешности является следствием того, что числовое значение временного интервала ~их непрерывной аналоговой величины заменяется целым числом периодов Тс„. Поскольку интервал Ьгх в общем случае не кратен Тс„, то возникает погрешность дискретности, абсолютное значение которой не превосходит длительности периода следования счетных импульсов: !Ал! < Тою Существуют способы уменьшения погрешности дискретности. Самый прямой связан с увеличением частоты следования счетных импульсов; к сожалению, существенному продвижению в этом направлении препятствуют технические сложности создания высокочастотной аппаратуры. Применяется также синхронизация счетных импульсов с началом дискретизирующего и„и„ и„р иеч иаы сг,у) ра а) (гз г1)/Тс (2.88) Но гз — г, = и„/7с, где 7г — известный козффициент, зависящий от скорости нарастания линейно изменяющегося напряжения и„.
Таким об- 78 временного интервала; зто позволяет вдвое уменьшить значение погрешности дискретности. Имеются и другие, более сложные, но зато и более зффективные способы [81. В качестве примера рассмотрим структурную схему время-импульсного АЦП, использующегося в цифровых вольтметрах постоянного тока (рнс. 2.41, а). Этот АЦП преобразует постоянное напряжение в цифровой код. Наряду с блоками, представленными на рис. 2АО, он содержит генератор линейно изменяющегося напряжения ГЛИН, устройство сравнения (УС), а также блок управления (БУ). На БФ с БУ поступает импульс и . Это приводит к тому, что временной г1' селектор начинает пропускать на выход счетные импульсы ис„.
Одновременно запускается ГЛИН. Линейно изменяющееся напряжение ик подается на устройство сравнения, которое вырабатывает импульс и в момент, когда и„становится равным и, входному напряжению, постоянно поступающему на УС. Импульс и приводит к закрытию временного селектора и прекращению прохождения через него счетных импульсов. Временные диаграммы приведены на рис. 2.41, б. Число импульсов, заполняющих временной интервал гз — Г„приближенно дается формулой и пы Риц 242 Ф и„/ЙТеч или у=и г суг. х" сч~ (2.90) Погрешность преобразования, кроме рассмотренных ранее составляющих, содержит также вклад от линейности напряженна ГЛИН, нестабильности коэффициента 1с, т.е. нестабильности наклона кривой линейно изменяющегося напряжения и смещення нуля, Шумовая помеха иш, наложенная на входное напряжение их, также является источником погрешности, поскольку при наличии такой помехи устройство сравнения вырабатывает импульс и не в момент, когда пн = их, а в момент, когда и„= пх + ию.
Подавление помех осуществляется при помощи специальных фильтров. Общая приведенная погрешность АЦП данного типа составляет около 0,1%. АЦП с частотно-импульсным преобразованием. В частотно-импульсных АЦП входная аналоговая величина (например, напряжение и ) предварительно преобразуется в частоту следования импульсов ~' . Цифровой код формируется посредством заполнения этими импульсами временного интервала строго определенной длительности Тд. Структурная схема АЦП данного типа представлена на рис. 2.42, а.
Входное напряжение и поступает на генератор импульсов ГИ с управляемой частотой следования у . Частота следования у управляется вхоцным х' Х напряжением и„в соответствии с формулой ~х х' (2.91) где й — известный коэффициент пропорциональности. Устройство управления (УУ) запускает генератор импульсов калиброванной длительности, который управляет временным селектором (ВС), открьшая его на время То. Число кодовых импульсов, поступающих на выход, (2.92) а , То(Т = То)„ Временная диаграмма работы частотно-импульсного АЦП представлена на рис. 2.42, б. Частотно-импульсные АЦП менее чувствительны к помехам, несмотря на то что помеха меняет частоту следования импульсов 2' . Дело в том, что за время То эти изменения частоты следования х' могут часптчно взаимно компенсироваться.
Если, например, помеха имеет симметричный характер и ее частота равна нли кратна То, то средняя за время То частота 1 То 1 то 2 па — — ))'„гй = — ) к(и„+ и „зш — г)дг = й~„, ~2.9з) где ию „— амплитуда напряжения помехи; 2ял~То — ее частота. Таким образом, средняя за время То частота оказывается пропорциональной входному напряжению, т.е. ютияние помехи исключается. Приведенная погрешность частотно-импульсных АЦП составляет сотые доли процента. АЦП поразрцлного уравновешивания. рассмотрим работу этого АЦП на примере преобразователя напряжение — цифровой код. Структурная схема АЦП поразрядного преобразования представлена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
