На головну

Лекція №4

  1.  Антонов А. і., Борисов В. а. Лекції по демографії. М., 2011. Лекція 7. С. 373-416.
  2.  Вступна лекція
  3.  Вступна лекція
  4.  Взаємодія неалельних генів (Лекція вчителя)
  5.  Питання 13. За лекцій
  6.  Восьма лекція. Дитячі сновидіння.
  7.  тимчасова селекція

ЕЛЕКТРОННІ АНАЛОГОВІ ПРИЛАДИ І ПЕРЕТВОРЮВАЧІ

Електронні аналогові прилади і перетворювачі являють собою засоби вимірювань, у яких перетворення сигналів вимірювальної інформації здійснюється за допомогою аналогових електронних пристроїв. Вихідний сигнал таких засобів є безперервною функцією вимірюваної величини. Електронні прилади і перетворювачі застосовують при вимірах практично всіх електричних величин: напруги, струму, частоти, потужності, опору і т. Д.

переваги електронних вимірювальних приладів:

1) висока чутливість обумовлена ??застосуванням підсилювачів;

2) мале споживання енергії з ланцюга, в якій проводять вимірювання, що визначається високим вхідним опором даних приладів;

3) широкий діапазон частот, в якому чутливість незмінна.

недоліки:

1) складність, обумовлена ??великим числом деталей і елементів;

2) необхідність в джерелах живлення електронних пристроїв, що входять в прилад;

3) порівняно невисока надійність, обумовлена ??великим числом елементів.

ЕЛЕКТРОННІ ВОЛЬТМЕТРИ

В електронних вольтметрах вимірюється напруга перетвориться за допомогою аналогових електронних пристроїв в постійний струм, який подається на магнітоелектричний вимірювальний механізм зі шкалою, градуйований в одиницях напруги. Електронні вольтметри мають високу чутливість і широким діапазоном вимірюваних напруг (від десятків нановольт на постійному струмі до десятків кіловольт), великим вхідним опором (більше 1 Мом), можуть працювати в широкому частотному діапазоні (від постійного струму до частот порядку сотень МГц).

Існують безліч різних типів вольтметрів. За своїм призначенням і принципом дії найбільш поширені вольтметри можуть бути поділені на вольтметри постійного струму, змінного струму, універсальні, імпульсні і селективні.

Вольтметри постійного струму. Спрощена структурна схема таких вольтметрів показана на рис. 5.1, де ВД - Вхідний дільник напруги; УПТ - Підсилювач постійного струму; ІМ - Електромагнітний вимірювальний механізм; Ux - Вимірювана напруга.

Мал. 5.1. Структурна схема електронного вольтметра постійного струму

Послідовне з'єднання дільника напруги і підсилювача дозволяє робити вольтметри високочутливими і многопредельнимі за рахунок зміни в широких межах їх загального коефіцієнта перетворення. Підвищення чутливості вольтметрів постійного струму шляхом збільшення коефіцієнта посилення УПТ kУПТ наштовхується на технічні труднощі через нестабільність роботи УПТ, Яка характеризується зміною kУПТ і мимовільним зміною вихідного сигналу підсилювача (дрейф "нуля"). Тому в таких вольтметрах kУПТ?1, а основне призначення УПТ - Забезпечити великий вхідний опір вольтметра.

Дана структурна схема вольтметра постійного струму використовується в складі універсальних вольтметрів, оскільки при незначному ускладненні - додаванні перетворювача змінної напруги в постійне, з'являється можливість вимірювання і змінної напруги.

Вольтметри змінного струму. Такі вольтметри складаються з перетворювача змінної напруги в постійне, підсилювача і магнітоелектричного вимірювального механізму. Можливі дві узагальнені структурні схеми вольтметрів змінного струму (рис. 5.2), що розрізняються своїми характеристиками. У вольтметрах за схемою рис. 5.2,а вимірювана напруга uх, Спочатку перетвориться в постійну напругу, яке потім подається на УПТ и ІМ, Що є, по суті, вольтметром постійного струму. Перетворювач пр являє собою нелінійне ланка, тому вольтметри з такою структурою можуть працювати в широкому частотному діапазоні. У той же час зазначені недоліки УПТ і особливості роботи нелінійних елементів при малих напругах не дозволяють робити такі вольтметри високочутливими.

 Мал. 5.2. Структурні схеми вольтметрів змінного струму

У вольтметрах, виконаних за схемою рис. 5.2,б, Завдяки попередньому посилення вдається підвищити чутливість. Однак створення підсилювачів змінного струму з великим коефіцієнтом посилення, що працюють в широкому діапазоні частот, - важка технічна задача. Тому такі вольтметри мають відносно низький частотний діапазон (1 - 10 МГц).

Розрізняють вольтметри амплітудного, середнього або діючого значення.

Мал. 5.3. Схема (а) і тимчасова діаграма сигналів перетворювача амплітудних значень (пікового детектора) з відкритим входом

Вольтметри амплітудного значення мають перетворювачі амплітудних значень (пікові детектори) з відкритим (рис. 5.3,а) Входом, де uвх и uвих - Вхідний і вихідний напруга перетворювача. Якщо вольтметр має структуру рис. 5.3,а, То для перетворювача uвх=uх. У амплітудних перетворювачах з відкритим входом конденсатор заряджається практично до максимального uхmax позитивного (при даному включенні діода) значення вхідної напруги (рис. 5.3, б). пульсації напруги uвих на конденсаторі пояснюються його підзарядом при відкритому діоді, коли uвх>uвих, І його розрядом через резистор R при закритому діоді, коли uвх<uвих.

Універсальні вольтметри. Такі вольтметри призначені для вимірювання тиску постійного і змінного струмів. Узагальнена структурна схема показана на рис. 5.4, ??де В - Перемикач. Залежно від положення перемикача В вольтметр працює за схемою вольтметра змінного струму з перетворювачем П (положення 1) Або вольтметра постійного струму (положення 2).

Мал. 5.4. Структурна схема універсального вольтметра

В універсальних вольтметрах, званих також комбінованими, часто передбачається можливість вимірювання опорів Rх. У таких вольтметрах є перетворювач ПR, Вихідна напруга якого залежить від невідомого опору: Uвих=f (Rx). На підставі цієї залежності шкала приладу градуюється в одиницях опору. При вимірюванні резистор з невідомим опором підключається до вхідних затискачів перетворювача, а перемикач ставиться в положення 3.

Імпульсні вольтметри. Для вимірювання амплітуди імпульсних сигналів різної форми застосовують імпульсні вольтметри. Особливості роботи імпульсних вольтметрів визначаються малою тривалістю ? вимірюваних імпульсів (від 10-100 нс) і значною скважностью  (до 109), Де Т - Період проходження імпульсів.

Імпульсні вольтметри можуть бути виконані по структурній схемі рис. 5.2,а, При цьому використовують перетворювачі амплітудних значень з відкритим входом (рис. 5.3,а). Велика шпаруватість імпульсів і мала їх тривалість пред'являють жорсткі вимоги до перетворювачів амплітудних значень. Тому в імпульсних вольтметрах застосовують компенсаційні схеми амплітудних перетворювачів (рис. 5.5).

Мал. 5.5. Компенсаційна схема амплітудного перетворювача

вхідні імпульси uвх заряджають конденсатор С1. Змінна складова напруги на цьому конденсаторі, викликана підзарядом його вимірюваними імпульсами і розрядом між імпульсами (аналогічно рис. 5.3,б), Посилюється підсилювачем У змінного струму і випрямляється за допомогою діода D2. Постійна часу ланцюга RC2 вибирається досить великий, тому напруга на конденсаторі С2 в проміжку між імпульсами змінюється незначно. З виходу перетворювача за допомогою резистора Rо. с. зворотного зв'язку на конденсатор С1 подається компенсує напругу. При великому коефіцієнті посилення підсилювача це призводить до значного зменшення змінної складової напруги на конденсаторі С1, Внаслідок чого в сталому режимі напруга на конденсаторі практично дорівнює амплітуді вимірюваних імпульсів, а вихідна напруга пропорційно цій амплітуді: .

Селективні вольтметри. Такі вольтметри призначені для вимірювання діючого значення напруги в деякій смузі частот або діючого значення окремих гармонійних складових вимірюваного сигналу.

Принцип дії селективного вольтметра полягає у виділенні окремих гармонійних складових сигналу або сигналу вузької смуги частот за допомогою перебудованого смугового фільтра і вимірі діючого значення виділених сигналів.

Фізично реалізований смуговий фільтр не володіє строго прямокутної амплітудно-частотної характеристикою (АЧХ). Це може привести до того, що через такий фільтр пройдуть сусідні гармонійні складові з деяким коефіцієнтом передачі. В цьому випадку селективний вольтметр вимірює діюче значення суми гармонійних складових, які пройшли через фільтр, з урахуванням реальних коефіцієнтів передачі для кожної складової.

Мал. 5.6. Структурна схема селективного вольтметра

вимірюваний сигнал uх через виборчий вхідний підсилювач ВУ подається на змішувач См, призначений для перетворення частотного спектра вимірюваного сигналу. На виході змішувача з'являється сигнал, пропорційний вимірюваній сигналу, але з частотами спектра  , де  - Частота гармонійних складових вхідного сигналу;  - Частота сигналу синусоїдального генератора Г (Гетеродина). Підсилювач проміжної частоти ППЧ налаштований на деяку фіксовану частоту  . Тому на вихід ППЧ пройде тільки та складова вихідного сигналу змішувача, частота якої  . Цей сигнал відповідає гармонійної складової вимірюваного сигналу з частотою  . Чинне значення цієї гармонійної складової вимірюється вольтметром діючого значення ВДЗ. Змінюючи частоту генераторів  , Можна вимірювати діюче значення різних гармонійних складових сигналу uх.

Функцію смугового фільтра в цій схемі виконує ППЧ. Завдяки фіксованому (неперебудовувані) значенням частоти настройки ППЧ цей підсилювач має великий коефіцієнт посилення і вузьку смугу пропускання, що забезпечує високу чутливість і вибірковість селективного вольтметра.

Лекція №4

СИГНАЛ ІМПУЛЬСНИХ І ЦИФРОВИХ ПРИСТРОЇВ

Сигналом називають фізичний процес, що несе інформацію. Сигнали можуть бути звуковими, світловими, електричними.

Інформація зосереджена в змінах параметрів фізичного процесу.

Розрізняють аналогові і цифрові сигнали. Зазвичай аналогові сигнали є безперервними. Пристрої, в яких діють такі сигнали, називають аналоговими. Цифровим сигналом представляються двійкові числа, тому він складається з елементів тільки двох різних значень. Одним з них є 1, а іншим - 0.

Пристрої, в яких діють цифрові сигнали, називають цифровими. Цифрові сигнали використовуються в пристроях різного призначення. У цифровій автоматиці вхідні інформація може надаватися цифровими сигналами, над якими ці пристрої здійснюють необхідні дії.

У системах радіозв'язку цифровими сигналами передаються повідомлення, що мають різну форму: звукову, друковану, форму зображення і т. Д. Такий зв'язок відрізняється скритністю і помехоустойчивостью.

Останнє обумовлено тим, що такий сигнал має тільки два помітних рівня. Тому, коли значення сигналу потрапляє між ними, то це фіксується як перешкода.

Безперервний сигнал очистити від перешкоди значно складніше. Миттєві значення безперервного сигналу, розділені нескінченно малим тимчасовим інтервалом, відрізняються на нескінченно малу величину, т. Е. Безперервний сигнал має незліченну (нескінченне) кількість значень. Тому, спотворений перешкодою, він може бути прийнятий за корисний.

Цифровий сигнал може бути потенційним або імпульсним.

Елементами потенційного цифрового сигналу є потенціали двох рівнів. Кожен рівень залишається незмінним протягом так званого тактового інтервалу; на його кордоні рівень потенціалу змінюється, якщо наступна цифра двійкового числа відрізняється від попередньої. На рис. 4.1, а зображений потенційний цифровий сигнал, який представляє написане зверху число; високим потенціалом відображається 1, а низьким - 0.

Елементами імпульсного цифрового сигналу є імпульси незмінною амплітуди і їх відсутність. На рис. 4.1, б позитивний імпульс являє 1, а відсутність імпульсу являє 0 написаного зверху двійкового числа.

Мал. 4.1. Подання цифрового сигналу

Обома цифровими сигналами (рис. 4.1) двійкове число 10011010 виражено в послідовній формі (послідовним кодом): розряди числа представляються послідовно, один за одним. При цьому потенціали (імпульси), відповідні розрядам числа, передаються по одній лінії і обробляються пристроєм послідовно.

При поданні двійкового числа в паралельній формі (паралельним кодом) його розряди представляються одночасно. При цьому кількість ліній передачі, а також однотипних елементів пристрою, що обробляють цифровий сигнал, має дорівнювати кількості розрядів числа, т. Е. Істотно збільшується. Такий цифровий сигнал значно обробляється пристроєм.

Цифровий сигнал може бути сформований з безперервного сигналу аналого-цифровим перетворювачем (АЦП), який нерідко називають перетворювачем аналог-код або аналог-цифра. Таке перетворення зводиться до того, що з безперервного сигналу періодично проводяться вибірки миттєвих значень; кожна вибірка округляється до найближчого дозволеного рівня, а код цього рівня (двійкове число) представляється елементами цифрового сигналу. Сукупність таких двійкових чисел, виражених елементами цифрового сигналу, - цифровий сигнал, відповідний Перетворювані безперервному сигналу.

Розглянемо перехід від дискретного сигналу до цифрового. Вага діапазон можливих змін безперервного сигналу розбивається на кінцеве число рівновіддалених рівнів (званих рівнями квантування), яким дискретний сигнал тільки і може приймати. Кожна вибірка сигналу округляється до найближчого дозволеного рівня (рис. 4.2). Ця операція називається квантуванням сигналу за рівнем і за часом.

Мал. 4.2. Перехід від дискретного сигналу до цифрового

Квантований дискретний сигнал має кінцеве (рахункове) кількість значень. Завдяки цьому кожному з них може бути присвоєно якийсь код (число). Цю операцію називають кодуванням.

Зворотне перетворення цифрового сигналу в безперервний здійснюється цифроаналоговим перетворювачем (ЦАП). На входи такого перетворювача одночасно надходять потенціали, що представляють розряди кожної вибірки. Потенціали, відповідні одиницям, відкривають ключі, через які на вихід надходять напруги, пропорційні ваг одиниць розрядів. Так на виході формується напруга, пропорційне вазі кожної вибірки.

Цифроаналоговими І АНАЛОГО-ЦИФРОВІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ

Перетворення аналогової величини в цифровий код застосовується досить часто: в цифрових приладах з індикацією результатів вимірювання в десятковому численні, для введення в цифровій формі параметрів технологічного процесу в ЕОМ, яка не допускає їх виходу за встановлені межі, при передачі інформації по лінії з метою підвищення її помехозащищенности і т. д.

Зворотне - цифроаналоговое - перетворення в ряді випадків супроводжує аналого-цифрове. Крім того, їх поєднання дозволяє здійснити цифрову обробку аналогової величини, попередньо перетвореної в цифрову форму, і подальше перетворення до вихідного аналогового виду.

Аналого-цифрові перетворювачі.АЦП перетворює аналоговий сигнал в цифровий.

АЦП времяімпульсного типу. Принцип перетворення такого типу полягає в тому, що вхідній напрузі Uвх ставиться у відповідність часовий інтервал, тривалість якого пропорційна Uвх. Цей інтервал заповнюється імпульсами стабільної частоти. Число їх і представляє цифровий еквівалент перетворюється напруги.

Схема, що реалізує зазначений принцип, зображена на рис. 4.3, а. Імпульс з виходу генератора тактових імпульсів (ГТВ) обнуляє лічильник, запускає генератор лінійно змінюється напруги (ГЛИН) і перемикає тригер в стан Q= 1. сигналом Q= 1 генератор рахункових імпульсів (ГСИ) через елемент И підключається до лічильника. Коли наростаюче напруження ГЛИН стане рівним Перетворювані напрузі Uвх, На виході компаратора з'явиться логічна 1, яка перемкне тригер в стан Q= 0 і перерве зв'язок ГСИ з лічильником. Код, що встановлюється на виході лічильника, - цифровий еквівалент аналогової величини (вхідної напруги). Зі зміною Uвх змінюється і код на виході лічильника.

Тимчасові діаграми на рис. 4.3, б ілюструють описані процеси. На виході тригера формуються "тимчасові ворота". Початок їх відповідає тактовому імпульсу, а кінець - появи 1 на виході компаратора, коли настає рівність uГЛИН=Uвх. Таким чином, тривалість "тимчасових воріт" пропорційна значенню вхідної напруги. "Тимчасові ворота" заповнюються рахунковими імпульсами стабільної частоти, тому їх число пропорційно значенню Uвх.

Мал. 4.3. АЦП времяімпульсного типу

АЦП послідовного рахунку. Робота такого перетворювача зводиться до наступного. Рахункові імпульси заповнюють лічильник, на виході якого формується код з наростаючим вагою. Цей код поступає на ЦАП, напруга на виході якого збільшується. Коли воно зрівняється з вхідною напругою, доступ імпульсів до лічильника припиняється. Код, що встановлюється при цьому на лічильнику, є цифровим еквівалентом напруги на виході ЦАП, а отже, і напруги Uвх.

Мал. 4.4. АЦП послідовного рахунку

Схема, що реалізує описаний принцип, зображена на рис. 4.4. Перетворення починається з обнулення лічильника імпульсом генератора тактових імпульсів (ГТВ). Після цього напруга на вході ЦАП стає рівним нулю - на виході компаратора логічна 1, що забезпечує надходження рахункових імпульсів (ГСИ) через елемент И на лічильник. Коли напруга на виході ЦАП стане практично рівним Uвх, Компаратор переключиться і логічним 0 на виході роз'єднає ГСИ і лічильник.



© um.co.ua - учбові матеріали та реферати