Wydział: EAIiE Kierunek: Imię i nazwisko (e mail) Rok: Grupa: Zespół: Data wykonania: LABORATORIUM METROLOGII Ćw. 12: Przetworniki analogowo cyfrowe i cyfrowo analogowe budowa i zastosowanie. Ocena: Podpis prowadzącego: Uwagi: Wstęp Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, sposobu działania oraz właściwości przetworników analogowo-cyfrowych i cyfrowo-analogowych. W ćwiczeniu badane są przetworniki analogowo-cyfrowe z bezpośrednim porównaniem, z kompensacją wagową oraz dwukrotnie całkujący, a także scalony przetwornik cyfrowo-analogowy z sumowaniem prądów. Każdy punkt ćwiczenia składa się ze zbudowania odpowiedniego układu pomiarowego według schematu, przeprowadzenia opisanego w instrukcji eksperymentu, dokonania obliczeń oraz wyciągnięcia wniosków. Podczas przeprowadzania eksperymentu należy na bieżąco wypełniać odpowiednią tabelę sprawozdania. Ewentualne wykresy należy kreślić po wykonaniu wszystkich pomiarów. Każdy punkt sprawozdania powinien zawierać: schemat układu pomiarowego, krótki opis metodyki pomiarów, tabele z wynikami pomiarów i wynikami oraz ewentualnie wykresy, wnioski, wykaz zastosowanych przyrządów, Punkty oznaczone kursywą powinny być wypełnione przez wykonujących ćwiczenie, a wzór pozostałych znajduje się w niniejszym opisie. Podstawą wykonania sprawozdania jest instrukcja do ćwiczenia, Instrukcję wraz z niniejszym opracowaniem oraz wstępem teoretycznym można pobrać ze strony Katedry Metrologii AGH: http://www.kmet.agh.edu.pl, zakładka dydaktyka materiały dla studentów. Program ćwiczenia: 1. Obserwacja i badanie działania toru przetwarzania A/C-C/A. 2. Wyznaczenie charakterystyk i błędów statycznych przetwornika A/C z bezpośrednim porównaniem oraz przetwornika C/A z sumowaniem prądów. 3. Obserwacja przebiegów w wybranych punktach kompensacyjnego przetwornika A/C. 4. Obserwacja przebiegów w wybranych punktach przetwornika A/C z dwukrotnym całkowaniem. 5. Badanie podatności na zakłócenia o różnych częstotliwościach multimetru z przetwornikiem całkującym. str. 1
1. Obserwacja i badanie działania toru przetwarzania A/C-C/A a) Schemat OSC CH1 CH2 G Tor A/C C/A Rysunek 1 Schemat układu do obserwacji działania toru przetwarzania A/C-C/A b) Wyniki pomiarów Amplituda sygnału wejściowego: U mac = V Składowa stała sygnału wejściowego: U 0AC = V Amplituda sygnału wyjściowego: U mca = V Składowa stała sygnału wyjściowego: U 0CA = V Ilość stanów przyjmowanych przez tor przetwarzania: N = Rozdzielczość przetwornika: N b = log 2 N = bit Tabela 1 Amplituda napięcia wejściowego U I [V] 2 4 6 8 10 12 Amplituda napięcia wyjściowego U O [V] Ilość poziomów napięcia wyjściowego N Częstotliwość graniczna toru przetwarzania: f max = khz str. 2
c) Wnioski d) Wykaz przyrządów i użytych elementów str. 3
2. Wyznaczenie charakterystyk i błędów statycznych przetwornika A/C z bezpośrednim porównaniem oraz przetwornika C/A z sumowaniem prądów. a) Schemat układu pomiarowego Zasilacz DC Tor A/C C/A V2 V1 Rysunek 2 Schemat układu do wyznaczenia charakterystyk statycznych przetworników A/C i C/A b) Wyniki pomiarów Tabela 2 komutacja N i N i+1 m napięcie wejściowe U AC1 (m) [V] napięcie wejściowe U AC2 (m) [V] napięcie teor. U ACt (m) [V] 0 1-4,667 1 2-4,000 2 3-3,332 3 4-2,667 4 5-2,000 5 6-1,332 6 7-0,667 7 8 0 8 9 0,667 9 10 1,332 10 11 2,000 11 12 2,667 12 13 3,332 13 14 4,000 14 15 4,667 błąd komutacji Δ kac (m) [mv] błąd histerezy Δ hac (m) [mv] legenda tabeli: U AC1 napięcie V 1 zarejestrowane przy zwiększaniu napięcia U AC2 napięcie V 1 zarejestrowane przy zmniejszaniu napięcia U ACt napięcie komutacji wyznaczone na podstawie znajomości zakresu i rozdzielczości przetwornika str. 4
Tabela 3 kod wej. n napięcie wyjściowe U CA (n) [V] napięcie teoretyczne U CAt [V] 0 0 1 0,625 2 1,250 3 1,875 4 2,500 5 3,125 6 3,750 7 4,370 8 5,000 9 5,625 10 6,250 11 6,875 12 7,500 13 8,125 14 8,750 15 9,375 błąd komutacji Δ kca (n) [V] c) Wzory i obliczenia Przetwornik analogowo-cyfrowy Teoretyczne wartości napięć komutacji wynikają z zakresu i rozdzielczości badanego przetwornika. Zostały one wpisane do tabeli w rubryce U ACt (m). Na podstawie ich znajomości oraz wartości zmierzonych napięć wyznaczamy błędy histerezy i komutacji dla każdego, m-tego punktu komutacji przetwornika. Wartości wpisujemy do rubryk w tabeli 2: kac m =max U AC1 m U ACt m, U AC2 m U ACt m tac m = U AC1 m U AC2 m Wypadkowy błąd komutacji przetwornika A/C jest wartością maksymalną wybraną spośród błędów dla poszczególnych punktów komutacji: kac =max kac m = [mv] Wypadkowy błąd histerezy przetwornika A/C jest wartością maksymalną wybraną spośród błędów dla poszczególnych punktów komutacji: tac =max tac m = [mv] Strefa martwa: nie występuje / występuje przy kodzie N = str. 5
Przetwornik cyfrowo-analogowy Teoretyczne wartości napięć wyjściowych wynikają z rozdzielczości i zakresu przetwornika. Zostały one wpisane do tabeli w rubryce U CAt (n). Na podstawie ich znajomości i wartości zmierzonych napięć wyznaczamy błędy komutacji dla każdej wartości kodu wejściowego n: kca n = U CA n U CAt n Wypadkowy błąd komutacji przetwornika C/A jest wartością maksymalną wybraną spośród wyznaczonych błędów komutacji: kca =max kca n = [mv] Błędy histerezy są zbyt małe, aby było możliwe ich wyznaczenie z użyciem aparatury zastosowanej w ćwiczeniu. Strefa martwa: nie występuje / występuje przy kodzie N = d) Wnioski e) Wykaz przyrządów i użytych elementów str. 6
3. Obserwacja przebiegów w wybranych punktach kompensacyjnego przetwornika A/C. a) Schemat Zasilacz DC Przetwornik kompensacyjny SYNC OSC U x Upp CH1 CH2 EXT Rysunek 3 Schemat układu do badania kompensacyjnego przetwornika A/C b) Wyniki pomiarów Przebieg napięcia kompensacji dla napięcia wejściowego [V] i kompensacji wagowej Ilość kroków kompensacji w trybie kompensacji wagowej: Czas wykonania pojedynczego pomiaru: T k = [ms] Czas porównania pojedynczego bitu: T q = [ms] Okres powtórzeń cyklów kompensacji: T p = [ms] str. 7
Tabela 4 czasy przetwarzania przy kompensacji równomiernej Lp U we [V] T k [ms] T q [ms] T p [ms] 1 2 3 4 5 d) Wnioski e) Wykaz przyrządów użytych w ćwiczeniu str. 8
4. Obserwacja przebiegów w wybranych punktach przetwornika A/C z dwukrotnym całkowaniem. a) Schemat OSC CH1 CH2 EXT Zasilacz DC Przetwornik całkujący 3 2 b) Przebiegi napięcia całkowania c) Wyniki pomiarów Tabela 6 Napięcie wejściowe U I [V] Czas pierwszego całkowania T 1 [ms] Czas drugiego całkowania T 2 [ms] Maksymalne napięcie U m [V] str. 9
d) Wnioski e) Wykaz przyrządów i użytych elementów str. 10
5. Badanie odporności na zakłócenia o różnych częstotliwościach multimetru z całkującym przetwornikiem A/C. a) Wyniki pomiarów Tabela 7 Częstotliwość zakłócenia [Hz] 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 U min [V] U max [V] Rozrzut wyników U max -U min [V] b) Wykres zależności rozrzutu wyników od częstotliwości zakłócenia str. 11
c) Wnioski d) Wykaz przyrządów i użytych elementów str. 12