Активные масштабные преобразователи

АМП всегда имеют внешний источник питания (на то они и активные). Классическими представителями таких преобразователей является усилитель.

У

На вход подается

сигнал: постоянный, U₁ вход выход U₂

переменный, импульсный,

и с различной частотой.

Коэффициент усиления

Но бывает и такое, что коэффициент равен единице, но тогда, разумеется, никакого усиления нет, а усилитель применяется для согласования сигнала по уровню.

Работает усилитель на постоянном сигнале, переменном и импульсном.

Идеальный усилитель

U_ВЫХ Нет искажений

Зависимость

U_ВЫХ = f(U_ВХ) К_УС = const

0 U_ВХ

К_УС

Зависимость Усиливает одинаково на любой

К_УС = f() частоте.

0

В жизни все не так хорошо как в идеале.

Реальный усилитель

U_ВЫХ Насыщение

На переменном сигнале

К_УС - const

Зависимость U_{ВХ. ГРАН.} U_ВХ

U_ВЫХ = f(U_ВХ)

U_ВЫХ Насыщение

К_УС - const На постоянном сигнале

U_ДРЕЙФА

U_{ВХ. ГРАН.} U_ВХ

Напряжение дрейфа зависит от напряжения питания, от температуры и от времени и, вообще-то, может достигать сотен микровольт.

Зависимость К_УС

К_УС = f() 0,707 A_MAX Широкополосный

(лучше даже 0,9 A_MAX) A_MAX усилитель

полоса

неискажения

K_УС

0,9 A_MAX Узкополосный

усилитель

f

полоса пропускания = 2*Δ*f₀

Причём

Где f₀ – частота настройки усилителя

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

В задачах преобразования сигналов измерительной информации часто возникает необходимость представления непрерывных сигналов дискретными и восстановления непрерывного сигнала по его дискретным значениям. При этом непрерывный сигнал y(t) представляется совокупностью дискретных значений y(t₁), y(t₂), y(t₃), …, по которым с помощью некоторого способа восстановления может быть получена оценка y*(t) исходного сигнала y(t).

Процесс преобразования y(t) в y(t₁), y(t₂), y(t₃), …, y(t_n) называется дискретизацией непрерывного сигнала. Наиболее часто применяется так называемая равномерная дискретизация, при которой интервал между соседними отсчётами – шаг дискретизации h = t_i+1 - t_i остаётся постоянным.

Процесс дискретизации сигнала сегодня проводится с помощью АЦП – аналого-цифровых преобразователей:

АЦП

А Д (Ц)

Непрерывная Дискретная (цифровая)

В основу преобразования непрерывной величины в дискретную положено квантование по уровню.

A функция

4 Уровни

3 квантования

h = const - шаг 2

квантования 1

t

Эти уровни нумеруются с нуля, причём уровень с номером нуль – это уровень оси абсцисс. На каждом уровне все значения равны (т.к. уровни - это параллельные линии). Значит, если мы хотим узнать, что происходит на уровне N, используем формулу

где h – шаг квантования, N – номер уровня.

Далее, строим так называемую квантовую функцию, то есть непрерывную функцию заменяем квантованной. Вот так:

A

Квантованная функция

Аналоговая функция

t

0 t₁ t₂ t₃

Ошибка, то есть разность между аналоговой и квантованной функцией существует и равна шагу квантования.

Для красных чернил

Для синих чернил

Обратите внимание на минус в погрешности для красночернильного графика и на плюс в погрешности для синего графика.

Погрешность можно уменьшить аж до полушага квантования, если провести квантованную функцию по центру тяжести аналоговой функции.

Красные чернила 1h 2h 3h X

h Уменьшаем погрешность

ΔX_ДИСКР ΔX_ДИСКР

Синие чернила ΔX_ДИСКР h/2 X

h X

1h 2h 3h

Чтобы уменьшить погрешность надо уменьшать шаг квантования или увеличивать число уровней квантования (а лучше и то и другое вместе).

Пример

0 ÷ 99,9 В

Оптимально выбираем Шаг в 0,1 В и Число уровней в 1000 штук.

Техническая реализация АЦП заключается в следующем. АЦП строится на методе сравнения, где сравнивается непрерывная величина с образцовой величиной, построенной определённым образом, так чтобы образцовая величина менялась дискретно.

Существуют три метода построения АЦП:

1. Метод последовательного счёта

2. Метод сравнения – вычитания

3. Метод считывания U

Метод считывания X₄

X₃ U_X

X₂

h = 1В X₁

t_И t

При этом методе происходит одновременное сравнение измеряемой величины X с известными величинами X₁, X₂, X₃, …, значения которых равны уровням квантования. Известная величина, равная измеряемой X_i = X(t_И), даёт номер отождествляемого уровня квантования, в соответствии с которым образуется код, то есть значение измеряемой величины.

Получаем, что напряжение U_X = 3В

Дата добавления: 2014-01-04