книга в верде после распозна (1024283), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Но f2 — fi =ux/k, где k — известный коэффициент, зависящий от ско­рости нарастания линейно изменяющегося напряжения ик. Таким об-

0

хВых

«о

Рис. 2.42

разом,

или

(2.89)

(2.90)

Погрешность преобразования, кроме рассмотренных ранее состав­ляющих, содержит также вклад от линейности напряжения ГЛИН, не­стабильности коэффициента к, т.е. нестабильности наклона кривой линейно изменяющегося напряжения и смещения нуля. Шумовая по­меха иш, наложенная на входное напряжение их, также является источ­ником погрешности, поскольку при наличии такой помехи устройство сравнения вырабатывает импульс uf2 не в момент, когда uK = их, а в момент, когда uK =их + иш. 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 их) предварительно преобразуется в частоту следования импульсов / . Цифровой код формируется посредством заполнения этими импульса­ми временного интервала строго определенной длительности Т0. Струк­турная схема АЦП данного типа представлена на рис. 2.42, а. Входное напряжение их поступает на генератор импульсов ГИ с управляемой частотой следования fx. Частота следования / управляется входным напряжением и в соответствии с формулой

fx = kux >

(2.91)

где к — известный коэффициент пропорциональности.

0

146607���2076789

Устройство управления (УУ) запускает генератор импульсов калиб­рованной длительности, который управляет временным селектором (ВС), открывая его на время Т0. Число кодовых импульсов, поступаю­щих на выход,

N~ T0/T = T0fx. (2.92)

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 / . Дело в том, что за время Т0 эти изменения частоты следования могут частично взаимно компенсироваться. Если, например, помеха имеет симметричный характер и ее частота равна или кратна Т0, то средняя за время То частота

1 т° 1 т° 2ттп

1 T0 о T0 о T0

(2.93)

где umn — амплитуда напряжения помехи; 2im/T0 — ее частота.

Таким образом, средняя за время Т0 частота оказывается пропор­циональной входному напряжению, т.е. влияние помехи исключается. Приведенная погрешность частотно-импульсных АЦП составляет сотые доли процента.

АЦП поразрядного уравновешивания. Рассмотрим работу этого АЦП на примере преобразователя напряжение—цифровой код. Структурная схема АЦП поразрядного преобразования представлена на рис. 2.43. Измеряемое напряжение их сравнивается с набором образцовых напряже­ний и01 > щ2 > • ■ • > Щп> составленным по определенному закону, например, в соответствии с разрядами двоичной системы счисления. Эти напряжения поступают на устройство сравнения УС от преобразо­вателя код—образцовое напряжение в соответствии с командами уст­ройства управления. Преобразователь код—образцовое напряжение представляет собой цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, задачей которого является выработка аналогового напряжения в соответ­ствии с поступающим на его вход числовым кодом.

Последовательность работы АЦП поразрядного уравновешивания задается генератором тактовых импульсов ГТИ. В первом такте проис­ходит сравнение входного напряжения их с наибольшим образцовым напряжением щ х. Если их < щ i, т.е. ux — w01 < 0, то устройство управ­ления подает на выход код 0. Таким образом, высший разряд выход­ного двоичного кода будет нулевым. После этого напряжение щх от­ключается от устройства сравнения, а подается напряжение u02 = = uol/2. После этого снова происходит сравнение, на этот раз их киП2. Если снова ux — ио2 < 0, то опять от устройства сравнения отключает­ся щ2 и посылается 0 в следующий разряд двоичного кода. Это проис­ходит до тех пор, пока не будет ux — u0f > 0. Тогда i-му разряду будет 80

приписана единица, а к напряже­нию u0i добавится м0г + i = мог'/2 и в следующем также будет про­изведено сравнение их и и0г" + + u0i(2. Этот процесс продолжа­ется до тех пор, пока не будет

подобрано напряжение, наиболее ____ /V

близкое к входному. Двоичный код затем преобразуется в деся­тичный и в этом виде использует- ^ 2 43 ся в последующих блоках вольт­метра.

АЦП с поразрядным уравновешиванием и вольтметры на их основе имеют высокую точность (погрешность 0,001%) и быстродействие (частота тактов более 1 МГц).

Цифро-аналоговые преобразователи. В схемах цифровых измеритель­ных приборов нередко используются устройства, преобразующие циф­ровой код в аналоговую величину, однородную с измеряемой. Они также часто устанавливаются в цепях обратной связи различных информа­ционно-измерительных систем. Такие устройства называются цифро-аналоговыми преобразователями. На рис. 2.44 представлена схема ЦАП весового типа. Резисторы Rl, R2,. . . , RN подбираются таким образом, чтобы их проводимости соотносились как весовые коэффициенты управляющего двоичного кода, т.е. чтобы

№^/№„-.0 = (i/*H _!>/(!/*„ _2) =..-

... = (1/Л2)/(1/Л,) = 2.

При этом выходное напряжение будет иметь значение

"ВЫХ = AE;l У

i - 1

(2.94)

S3

SN

"Вых

Рис. 2.44

0

где А — коэффициент пропорциональности; Е — образцовое напряже­ние; п — число разрядов управляющего двоичного кода, поступающего на входы дь а2,. . . , а„; i — номер разряда; kf — разрядный коэффи­циент, который может принимать значения 0 или 1 в зависимости от по­ложения ключа Sj.

В свою очередь, положение ключей управляется кодовыми импуль­сами, поступающими на входы а\, а2.....ап. В результате цифровой

код оказывается преобразованным в пропорциональное аналоговое напряжение. Приведенная погрешность ЦАП составляет около 0,1%.

Цифровые отсчетные устройства. Цифровые отсчетные устройства (ЦОУ) служат для представления результатов измерения в виде обыч­ных, удобных для считывания оператором десятичных цифр. В ЦОУ применяется несколько типов цифровых индикаторов. Наиболее рас­пространены газоразрядные, светодиодные и жидкокристаллические индикаторы.

Газоразрядные индикаторы имеют набор проволочных катодов, выполненных в форме-десяти арабских цифр, и общий сетчатый анод. Катоды собраны в пакет и размещены по глубине один за другим в бал­лоне, наполненном неоном. Если напряжение подается на анод и какой-либо из катодов, то между ними возникает тлеющий разряд в виде све­тящейся соответствующей цифры. Рабочее напряжение газоразрядных индикаторов составляет 170—200 В. Индикаторы с таким высоким на­пряжением плохо совместимы с низковольтными интегральными мик­росхемами. Это является их основным недостатком.

Светодиодные индикаторы используют полупроводниковые инжек-ционные светоизлучающие диоды. Светодиоды излучают в видимой части спектра. Цвет излучения зависит от материала и может быть прак­тически любым — от красного до зеленого. Индикаторы этого типа обыч­но имеют сегментную структуру. Та или иная цифра формируется вы­свечиванием определенных сегментов. К достоинствам светодиодных индикаторов относятся высокая яркость, большая долговечность, низ­кие рабочие напряжения (несколько вольт). Однако эти индикаторы имеют только небольшие размеры.

Жидкокристаллические сегментные индикаторы используют свой­ство некоторых органических веществ, называемых жидкими кристал­лами, изменять коэффициент преломления под влиянием приложен­ного напряжения. Конструктивно индикаторы выполнены в виде кон­денсатора, обкладками которого являются проводящие электроды, нанесенные в виде прозрачных пленок на две стеклянные пластинки. Тонкий слой жидкого кристалла находится между этими пластинка­ми. Индикаторы не излучают собственной энергии, они работают в от­раженном свете, используя контраст между участками с приложенным напряжением и фоном. Поэтому жидкокристаллические индикаторы очень экономичны. Недостатком этих индикаторов является зависи­мость контрастности изображения от внешней засветки, а также невысокая яркость.

2.11. ОСЦИЛЛОГРАФЫ

Осциллографом называется прибор, предназначенный для наблюдения, регистрации и измерения параметров исследуемого сигна­ла, как правило, напряжения, зависящего от времени.

Осциллограф может также использоваться для исследования неэлект­рических процессов при условии, что последние преобразуются в элект­рические сигналы.

Имеется два основных класса осциллографов: светолучевые, пред­назначенные для наблюдения медленных процессов, и электронно-лу­чевые, способные отображать как медленные, так и быстропротекаю-щие процессы.

Светолучевые осциллографы используют электромеханическое от­клонение светового луча под действием исследуемого напряжения и запись на фотопленку.

Электронно-лучевые осциллографы строятся на основе электронно­лучевых трубок. Отклонение электронного луча осуществляется не­посредственно электрическим сигналом и является практически безынерционным. Исследуемый процесс отображается на люминесцент­ном экране и может быть зарегистрирован фотографическими сред­ствами.

Электронно-лучевые осциллографы. Основным узлом электронно­лучевого осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), представляющая собой стеклянную вакуумированную колбу, внутри которой имеются источник электронов, система формирования узкого электронного луча, отклоняющие пластины и люминесцентный экран (рис. 2.45). Источником электронов является оксидный катод 1 с подогревателем 2. Число электронов, из которых затем формируется узкий электронный пучок, зависит от напряжения между катодом 1 и модулятором 3. При изменении этого напряжения меняется интенсив­ность электронного пучка, выходящего за пределы модулятора. Даль нейшее формирование пучка происходит под воздействием напряжений, приложенных к двум анодам 4, один из которых является ускоряющим, а другой — фокусирующим. Часть ЭЛТ, включающая в себя катод, мо­дулятор и два анода, называется электронной пушкой. Назначение

Рис. 2.45

0

электронной пушки — сформировать узкий электронный пучок (луч) необходимой интенсивности. Этот пучок затем проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных металлических отклоняющих пла­стин: вертикально отклоняющих 5 и горизонтально отклоняющих 6, а затем попадает на люминесцентный экран 7 ЭЛТ, образуя на нем яркое пятно. Если к отклоняющим пластинам приложить электрическое напряжение, то между ними будет существовать электрическое поле, которое приведет к горизонтальному (вдоль оси X) или вертикальному (вдоль оси Y) отклонению электронного луча. Это отклонение прямо пропорционально напряжению, приложенному к пластинам: hx =Sxtix; hy = SyUy, где hx, hy — отклонения вдоль осей Хк Y; Sx, Sy — чувстви­тельности трубки, мм/В; их, иу — напряжения на пластинах Хк Y соот­ветственно. Чувствительности Sx и Sy зависят от конструктивных осо­бенностей трубки и напряжения на ускоряющем аноде трубки. Основной функцией осциллографа является отображение формы исследуемого напряжения на экране. Требуемое отображение достигается перемеще­нием электронного луча в вертикальном и горизонтальном направле­ниях. Перемещение по вертикали происходит под влиянием исследуе­мого напряжения, приложенного к пластинам Y, а по горизонтали — приложенного к пластинам X напряжения пилообразной формы, назы­ваемого напряжением развертки. Последнее вырабатывается специаль­ным генератором развертки. Рассмотрим сначала случай, когда на­пряжение на вертикально отклоняющих пластинах Y равно нулю, т.е. Uy = 0, а на горизонтально отклоняющих пластинах X имеется пилооб­разное напряжение (рис. 2.46). Тогда перемещение электронного луча будет приводить к перемещению пятна на экране от точки А к точке В за время гпр, и обратное перемещение за время гсбр- Таким образом, за время Гр = гПр + г0бр> называемое периодом развертки, луч осуще­ствит свой прямой и обратный ход. Пилообразное напряжение форми­руется так, чтобы гпр > г0бр. т-е- 7р *пр-

Характеристики

Список файлов книги