Laboratorium wirtualne 2/Moduł 3 - ćwiczenie 3

wersja beta

---

LABORATORIUM WIRTUALNE 2

Ćwiczenie 3 - System do automatycznego badania przetworników analogowo-cyfrowych

---

---

W metodach integracyjnych charakterystyczną cechą jest występowanie procesu całkowania napięcia przetwarzanego przez ładowanie lub rozładowanie kondensatora w układzie RC. Proces całkowania jest realizowany na pewnym odcinku czasu, a sygnał wyjściowy jest proporcjonalny do wartości średniej napięcia wyjściowego w okresie integracji. Uśrednianie napięcia jest jedną z podstawowych zalet tej metody ze względu na możliwość skutecznej eliminacji (przez uśrednianie) zakłóceń nakładających się na przetwarzany sygnał. Drugą ważną cechą jest rozdzielczość i dokładność przetwarzania szczególnie przy stosowaniu całkowania wielokrotnego. Metody integracyjne są powszechnie stosowane w multimetrach cyfrowych (od prostych multimetrów przenośnych do precyzyjnych multimetrów laboratoryjnych), w których dokładność przetwarzania jest ważniejsza od szybkości rejestracji sygnałów.

---

W pierwszej fazie przetwarzania jest całkowane napięcie wejściowe Ui w ściśle określonym czasie T1. Po czasie T1 napięcie U na kondensatorze jest proporcjonalne do średniej wartości napięcia wejściowego w czasie całkowania (1). W drugiej fazie przetwarzania kondensator jest rozładowywany prądem ze źródła napięcia UR o polaryzacji przeciwnej do napięcia wejściowego. Po czasie T2 napięcie na kondensatorze spada do 0 (2). Z zależności (4) widać, że czas T2 nie zależy od wartości RC, zatem parametry tego układu nie mają istotnego wpływu na wyznaczoną wartość odstępu czasu (choć mogą stanowić źródło błędów przetwarzania). Jeżeli czas T1 i T2 są mierzone cyfrowo przy wykorzystaniu tego samego generatora wzorcowego to również dokładna wartość okresu tego generatora nie ma wpływu na wynik przetwarzania w postaci liczby impulsów zliczonych w czasie T2 .

---

Przebieg procesu całkowania napięcia przetwarzanego i referencyjnego pokazano na kolejnych slajdach. W zrealizowanej aplikacji zastosowano, często spotykany sposób rysowania przebiegów, jako odwróconych względem osi czasu. Zauważmy, że z praktycznego punktu widzenia nie ma to znaczania, ważne jest tylko, aby napięcie przetwarzane i referencyjne miały przeciwną polaryzację. W zależności od wartości napięcia wejściowego (tutaj w postaci impulsu o wartości Uwe) kondensator ładuje się z różną szybkością (zmienne nachylenie prostej ładowania), ale w stałym czasie. Miarą napięcia wejściowego jest czas rozładowania T komp zobrazowany przez różne położenie punktu przejścia przez 0.

---

Metoda kompensacji wagowej polega na sukcesywnym porównywaniu napięcia wejściowego z generowanym cyfrowo napięciem kompensującym. Kolejne przyrosty napięcia kompensującego są zmiejszane o czynnik 2. W zależności od stanu wyjścia komparatora (porównania) napięcie odpowiadające danej wadze pozostaje lub jest kasowane - to jest proces analogiczny do ważenia towaru za pomocą odważników.

---

Na slajdach pokazano przebieg procesu równoważenia na kilku etapach. Widoczne są zmiany napięcia kompensującego U DAC (napięcie na wyjściu przetwornika cyfrowo-analogowego). Ponieważ napięcie to jest mniejsze od napięcia wejściowego niezbędne jest kładzenie kolejnych odważników na wadze. Wynik przetwarzania N ADC jest dostępny po sprawdzeniu wszystkich bitów.

---

Klasyczny przetwornik cyfrowo-analogowy działa z wykorzystaniem drabinki rezystorowej R-2R. Na kolejnych slajdach pokazano jak przyrasta napięcie na wyjściu (wskaźnik analogowy) w zależności od stanu bitów rejestru wejściowego, a tym samym położenia kluczy.

---

Przygotowana w środowisku LabView aplikacja w wersji symulacyjnej i rzeczywistej umożliwia przeprowadzenie badań przetworników a/c i c/a. Wyboru układu dokonuje użytkownik z panelu czołowego. Do zadań użytkownika należy też podłaczenie wirtualnych przyrządów (zasilacze i oscyloskop).

---

Warto zwrócić uwagę na niedoceniany czasami przez twórców aplikacji wirtualnych panel pomocy. Wprowadzenie dodatkowych informacji, przydatnych użytkownikowi, ma znaczne szczególnie w aplikacjach o charakterze dydaktycznym.