Схемотехника электронных устройств: Методические указания к выполнению лабораторных работ, страница 11

Аналого-цифровойпреобразователь - это устройство, предназначенное для преобразования непрерывно изменяющейся во времени физической величины в эквивалентные ей значения цифровых кодов.

В качестве аналоговой величины может быть напряжение, ток, угловое перемещение, давление газа и т.д.

Процесс аналого-цифрового преобразования предполагает последовательное выполнение следующих операций:

·   выборка значений исходной величины в некоторые заданные моменты времени, т.е. дискретизация сигнала во времени;

·   квантование (округление преобразуемой величины до некоторых известных величин) полученной в дискретные моменты времени значений аналоговой величины по уровню;

·   кодирование - замена найденных квантованных значений некоторыми числовыми кодами.

    U

                                                      U(t)

                                                                    U^*n(t)

                    U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8                              U^*3(t)

               U1                                                                            

                  2Tg         4Tg        6Tg        8Tg       10Tg                                     t

Рис.1. Принцип аналого-цифрового преобразования

Операция квантования по уровню функции U(t) заключается в замене бесконечного множества ее значений на некоторое конечное множество значений U_n*(t), называемых уровнем квантования. Для выполнения этой операции весь диапазон изменения функции             D=U(t)max-U(t)min разбивают на некоторое число уровней N и производят округление каждого значения функции U(t) до ближайшего уровня квантования U*.

Величина h=D/N носит название шага квантования. В результате процесса аналого-цифрового преобразования аналоговая функция U(t) заменяется дискретной функцией U_n*(t).

В аналитической форме процесс аналого-цифрового преобразования может быть представлен выражением

,

где U(t)i - значение функции в i-шаге;

h - шаг квантования;

dKi - погрешность преобразования на i-шаге.

Процесс квантования по уровню связан с внесением некоторой погрешности , значение которой определяется неравенством

Погрешность зависит от разрядности.

Все АЦП по принципу действия делятся на:

·  АЦП параллельного считывания,

·  АЦП поразрядного взвешивания,

·  следящие АЦП,

·  интегрирующие АЦП.

К основным характеристикам любого АЦП относятся (рис.2):

·  число разрядов n;

      U

Umax                                                                Q

                                                2                                       d_шк

                                                         dL

              1             

Uсм                                                                                          код 

                                                                          2ⁿ                        N

Рис.2 Идеальная (1) и реальная (2) характеристики преобразователя

·  абсолютная разрешающая способность или цена младшего разряда:

;

·  абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы d_шк - это отклонение выходного кода от его теоретического значения в конечной точке характеристики. Измеряется в единицах младшего разряда d_шк или в % от максимального значения кода S_ШК;

·  напряжение смещения нуля Uсм;

·  нелинейность преобразования dL – это отклонение реальной характеристики от расчетной;

·  время преобразования (или максимальная частота преобразования);

·  токи потребления и т.д;

В настоящей лабораторной работе исследуются следящие АЦП.

2. Цель работы

2.1. Исследовать работу следящего АЦП.

2.2. Определить погрешности преобразования.

2.3. Исследовать работу следящего АЦП в динамическом режиме.

3. Описание стенда

Функциональная схема стенда приведена на рис.3.