Automatizační technika. Typy signálů. Obsah. Typy signálů Převodníky A/Č Převodníky Č/A. Porovnávací členy. Akademický rok 2017/2018

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Automatizační technika. Typy signálů. Obsah. Typy signálů Převodníky A/Č Převodníky Č/A. Porovnávací členy. Akademický rok 2017/2018"

Štěpánka Veselá
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Akademický ok 017/018 Připavil: adim Faana Auomaizační echnika Poovnávací členy Obsah Typy signálů Převodníky A/Č Převodníky Č/A Typy signálů Signály spojié v čase: 1) Analogový signál (spojiý) signál spojiý v čase i úovni. x() ) Kvanovaný signál signál spojiý v čase a diskéní v úovni. x() ~ 1

2 Typy signálů Signály diskéní v čase: 1) iskéní signál (vzokovaný) signál diskéní v čase a spojiý v úovni. x(kt) kt ) Číslicový signál (vzokovaný a kvanovaný) signál diskéní v čase i úovni. x(kt) ~ kt egulační obvod Jesliže je vzokovací peioda velmi malá (vzokovací fekvence velmi velká), můžeme z našeho pohledu říci, že vlasnosi diskéních egulačních obvodů se blíží vlasnosem spojiých egulačních obvodů. iskeizace v úovni = kvanování. Pokud bude poče úovní velký, ozdíl mezi signálem spojiým a kvanovaným nebude velká. Kvanovaný signál pochází oo chaakeisikou. ~ x(kt) x(kt) ~ = x() = x() x(kt) ~ = x() Když bude kvanizační chyba malá, pojmy diskéní a číslicový můžeme považova za ovnocenné. egulační obvod Kvanování přináší do sysému nelineaiu. Číslicový signál diskeizace v čase i úovni. Číslicový signál je nelineání z důvodu kvanizace. x kvanování vzokování Signál sysémový pojeí. Hodnoa nejobecnější pojeí. Poměnná pojeí užívané v maemaice. V eoii řízení jsou pojmy signál, poměnná a hodnoa v podsaě ovnocenné.

3 Vyovnávací paměť Kvanizační chyba Závisí na délce slova 8 b. 56 úovní chyba 0,39 % 10 b úovní chyba 0,0977 % 16 b úovní chyba 0,0015 % 3 b úovní chyba 0, % Sovneje s přesnosí snímače! 8 Vzokovací peioda Shannon Koělnikovův eoém: Vzokovací fekvence musí bý alespoň dvojnásobná opoi maximální fekvenci měřeného signálu. 9 Sukua A/Č převodníku 1. Zjisí se okamžiá hodnoa napěí vzokování. Jeho hodnoa se musí udžova sálá po dobu převodu T - udžování in Sample & hold vzokování udžování úovně Vlasní A-Č převod T v = 1/f v T f v.f max f v f H 3

4 10 hyby A/Č převodníků chyba zesílení je dána odchylkou sklonu skuečné převodní chaakeisiky A/ od ideální chyba nuly je dána posunem převodní chaakeisiky ve směu osy. chyba lineaiy převodu. kvanizační šum. 11 Typy A/Č převodníků unipolání vsupní ozsah 0 až bipolání vsupní ozsah až + kompaační (neinegační) převádí na číslo okamžiou hodnou vsupního napěí v učiém časovém okamžiku převodu. inegační převádí na číslo půměnou hodnou napěí za učiý časový ineval. 1 Převodníky A/Č (A/, A) Kompaační analogově-číslicové převodníky ejychlejší A/Č převodníky s dobou převodu asi 10 ns. V jednom aku se poovnává měřené napěí s řadou efeenčních napěťových úovní a převede se do dvojkového kódu. Každé efeenční úovni je přiřazen jeden napěťový kompaáo, akže po n-biový převodník je řeba n 1 napěťových kompaáoů. 4

5 13 Kompaační A/Č převodníky in Kompa. Klopné obvody ekodé Výsupní slovo Typická délka slova 8 biů 55 kompaáoů oba převodu 0,4 až 50 ns (Vyšší vzokovací fekvence se dosahuje cyklickým vzokování více převodníky) Hodiny ekodé z n na k na binání kód k = n 1 14 Séiový převodník A/Č Všechny bloky A/Č-Č/A jsou sejné a převodníky A/Č a Č/A v nich mají vždy sejný ozsah a sejný poče biů Převod začíná vždy od nejdůležiějšího biu in S&H 1 A/Č 1 Č/A 1 A/Č Č/A A/Č M Č/A M a 1 a a M egis 15 Séiový převodník A/Č Posup převodu V n-ém bloku se povede 1 biový převod A/Č napěí n a zpěný převod Č/A. Teno výsledek se odeče od napěí n a vynásobí 1 ak dosaneme n+1 elková doba převodu: T p = n.t p1, kde T p1 je doba převodu v jednom bloku 5

6 Apoximační egis Posupné A/Č převodníky Zpěnovazební převodník 16 S&H A/Č Č/A 4 b 4 b Synchon. Řídicí jednoka egis 17 Zpěnovazební A/Č převodník Pacuje ve dvou (i více) akech: V pvním aku se na číslo převede 1 nejvýznamnějších biů a odpovídající napěí se odeče od vsupního Ve duhém aku se ozdíl zesílí 1 ká. Teno ozdíl se znovu podobí 1 biovému převodu ad. 18 Apoximaivní převodník Č/A převodník má S&H sejný poče biů (n) jako celý apoximaivní A/Č převodník. f 1 Pacuje v akech s délkou T 1 = 1/f 1. apox Č/A V každém aku esuje 1 bi. Začíná se nejvýznamnějším biem. Pokud je napěí apox na výsupu Č/A převodníku menší, než in, ponechá se příslušný bi na hodnoě 1, pokud ne, váí se na 0. Přiblížení pokačuje v dalším aku s nižším biem. ychlos převodu je nízká, T p = n.t 1 6

7 19 Inegační A/Č převodníky vouakní převodník S&H in = - 1 k 1 Jednolivé bavy odpovídají ůzným vsupním napěím in f g Řídicí jednoka Číač T T 1 T T T 1 0 vouakní inegační A/Č převodník 1.V pvním aku se nabíjí inegáo napěím in po konsanní dobu T 1 = 1 T g.ve duhém aku se inegáo vybíjí napěím až 1 dosáhne 0 odeče se čas T = T g 1 vouakní inegační A/Č převodník 1 10 Výhody: ezávisí na paameech obvodu:,, f g. T 1 T I.ak: T1 ; 10 in II.ak: 1 ; 10 když T, pak: 0 T 10 in T1 T in T ezávisí na eploě. evýhody: louhá doba převodu. Vzniká adiivní chyba (chyba nuly offse) poblémy s měřením nízkých napěí. 7

8 f g Čyřakní inegační A/Č převodník S&H in S k 1 = S 1 S 0 Řídicí jednoka T 1 Pincip funkce V pvních dvou akech měří dvouakní inegační meodou adiivní chybu, v dalších dvou akech změří napěí in včeně absoluní chyby a pak ji odeče. Zapojení Podobné jako u dvouakního převodníku s ím ozdílem, že jsou zde navíc spínač S 0 na nulování náboje na kondenzáou a evezační přepínač S, keý mění polaiu zdoje napěí Tak 0. Čyřakní inegační A/Č převodník 00 T 1 T 0 Tak Tak I. II. 10 T 1 T Tak Tak III. IV. Popis funkce V nulém aku sepnuím S 0 vynuluje zbykové napěí 0, keé se am nashomáždilo v čase mezi odečy. V pvním aku se přepínači S 1 a S připojí na inegáo zdoj efeenčního napěí v polaiě +. Ve duhém aku se připojí zdoj - a dvouakní meodou se změří napěí (1+ 0 ) a odud učíme adiivní chybu 0. V dalších dvou akech změříme napěí in včeně adiivní chyby. V další fázi se povede koekce adiivní chyby. 4 Převodník Č/A (/A, A) Č/A převodník číslicově analogový, převádí číselnou hodnou na analogovou. u() u(kt), kt Přesnější musí bý převodník A/Č (A/) analogovo číslicový, poože ozhoduje v diskéním egulačním obvodu o přesnosi egulace. 8

9 5 Převodník Č/A (/A, A) Převodní chaakeisika a 1 a a n-1 a n ou d d n i1 a i i n.. n i1 a i ni Kde je a i = 0 nebo 1 je hodnoa i-ého biu, je napěťový ozsah převodníku /Č ou a 1 ejvýznamnější bi (MSB he Mos Significan Bi). a n ejméně významný bi (LSB he Leas Significan Bi). 6 Paalelní /A převodník Váhové ezisoové síě 0 B B ou B Ovlád. přepín. 1 3 M-1 M M+1 Z Z Přepínače mezi 0 a zemí ovládané číslem (a 1,, a n ) B M 1 m1 1 1 m Z Z ou B Z B 7 Paalelní /A převodník ůzné způsoby volby odpoů m a) M = 1, m = 0, B = 0 /, b m = 1 po m, po osaní m je b m = 0, m = 0 / = 0 Vysoký poče sejných odpoů 0 b) M = 1, m = ( m 1 ) 0, B = 0 /, b m = a m, m = 0 / = 0 ízký poče 1 odpoů ale s velkým poměem hodno 1: 9

10 8 /Č převodník s poudovými zdoji I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 Z ou Využívá síť s uzly (mezi odpoy ). zly označíme po řadě od opeačního zesilovače (zpava) indexy n = 1,,, ( je poče biů převodníku). o n-ého uzlu se přepínačem, řízeným hodnoou n-ého biu a n převáděného slova připojí poudový zdoj I 0 (a n = 1 připojeno, a n = 0 odpojeno). 9 /Č převodník s poudovými zdoji Pořadí: I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 Z I c I c ou Bude-li připojen pouze pvní zdoj poudu, bude se I 0 děli do dvou věví s odpoy: a akže I c = (/3)I 0. Bude-li připojen pouze duhý zdoj poudu, bude se poud I 0 děli do ří věví o sejných odpoech, akže I c = I 0 /3 Bude-li připojen pouze zdoj poudu s n >, bude se v nejbližším uzlu děli poud na řeiny, v každém uzlu dále vpavo se pak dělí poud do dvou věví ješě na polovinu. Poom I c = (I 0 /3). -(n-) 30 /Č převodník s poudovými zdoji Po poud I c ve výsupní věvi síě pak po připojení jednolivých zdojů podle vsupního převáděného čísla a n dosáváme: I I c 3 4I 0 (n ) 0 n an an n1 3 n1 Výsupní napěí převodníku ou je pak ovno: 4Z I ou Z I c 3 Při vhodné volbě I 0 a Z : ou n1 a n 0 n an n1 n 10

11 31 /Č převodník s napěťovými zdoji n = Z 0 B = 0 ou o každé paalelní věve n = 1,.., lze přepínačem, řízeným převáděným číslem a n zapoji napěťový zdoj 0, nebo ji spoji se zemí. Při a n = 1 je připojen zdoj 0, při a n = 0 je věev připojena k zemnícímu vodiči. apěťový zdoj 0 v séii s odpoem lze podle Théveninovy věy nahadi paalelně připojeným poudovým zdojem I 0 = 0 /(). Tím celý výpoče výsupního napěí převedeme na předcházející případ s jediným ozdílem, že v bodě n = 0 není připojen žádný napěťový zdoj. 3 /Č převodník s napěťovými zdoji n = Z I c I c 0 B = 0 ou Po náhadě 0 I 0 = 0 /() a s uvážením, že v bodě n = 0 žádný zdoj není: 0 (n1 ) 0 n I c an an 6 3 Výsupní napěí převodníku ou je pak ovno: n1 n1 Z n ou Z I c 0 an 3 n1 při vhodné volbě 0 a Z : ou n1 a n n 33 f h Posupný Č/A převodník - modulační Vaný číač Číač 1 1 A 1 max A 1 S S ou Z 4 f g fg T g S T T ou 4 Tc max T c 11

12 34 Posupný Č/A převodník - modulační 1 1 T 1 3 ou T c 1 + Z 3 3 s 4 3 se usálí v okolí sřední hodnoy s, kdy se náboj 1 nabíjený do kondenzáou Z v době impulzu bude ovna vybiému náboji v době mezi pulzy: 1 = ( 1 S )/.T = = S /.(T T 1 ) S = 1.(T/T ) T ou 4 Tc max Vysoká přesnos je vyvážena dlouhou dobou převodu 1

Podobné dokumenty

3. Měřicí převodníky, číslicově-analogové převodníky. 4. Analogově-číslicové převodníky

3. Měřicí převodníky, číslicově-analogové převodníky převodníky sřední hodnoy převodníky efekivní hodnoy, analogové násobičky, číslicově-analogové převodníky 4. Analogově-číslicové převodníky pincip kvanování