ELEKTRONIKA Z ELEMENTAMI TECHNIKI POMIAROWEJ
description
Transcript of ELEKTRONIKA Z ELEMENTAMI TECHNIKI POMIAROWEJ
ELEKTRONIKA Z ELEMENTAMI TECHNIKI POMIAROWEJ
PROF. JAN ZAKRZEWSKI
Instytut Metrologii, Elektroniki i Automatyki
AKADEMICKA 10 –STARY ELEKTRYCZNY
Pok.23, tel. 237 1806, sekret. 237 2517
terminy zajęć
22.02, 8.03, 22.03, 5.04, 19.04, 17.05, 14.06
LITERATURA
Otto Liman, Horst Pelka
ELEKTRONIKA bez wielkich problemów
WZMACNIACZE OPERACYJNE
TECHNIKA CYFROWA
AUTOMATYKA
Horowitz P. ,Hill W. : Sztuka elektroniki. T. 1 i 2
Kaźmiekowski M., Wójciak A.: UKŁADY STEROWANIA I POMIARÓW W ELEKTRONICE PRZEMYSŁOWEJ
Zakrzewski J.: Podstawy Miernictwa dla Kierunku Mechanicznego. Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice, 2004
www:imeia.elektr.polsl.pl
ELEKTRONIKA
TELEKOMUNIKACJA
ELEKTRONIKA PRZEMYSŁOWAENERGOELEKTRONIKA
POMIARY, AUTOMATYKA, ROBOTYKA
BAZA
KOLEKTOR
EMITER
TRANZYSTOR p-n-p
+
-
ICIB =20 µA
IB =15 µA
IB =10 µA
IB =5 µA
UCE
5mA
10mA
UKŁADY ANALGOWE
Filtry
Wzmacniacze
Generatory
UKŁADY CYFROWE
Procesory
Liczniki
Bramki logiczne
Przetworniki analogowo-cyfrowe
Cyfrowe przetwarzanie informacji jest dogodniejsze, gdyż jest mniej podatne na zakłócenia, prostsze, tańsze i szybsze.
ANALOGOWE UKLADY ELEKTRONIKI POMIAROWEJ
U
ŹRÓDŁA
I
ER
UI
IRU
W
OBCOBCW
WOBC
R
RI
RR
RII
1
OBCR
WR OBCR
WR
OBCWOBC RR
EI
PRĄDY PRZEMIENNE
)( jLIjU L Cj
jIUC
)(
)( ωjRI
)( ωjI
)( ωjU
)()())(()( ωjZωjILωjCωj
RωjIωjU 1
Cω
LCωjR
Cωj
LCωRCωjωjZ
11 22
)(
ImRe)( ψjMejωZ
ψM
Re
Im
dt
tdiLdτi(τ
CtRitu
t )())()(
0
1
ANALIZA OBWODÓW PRĄDU PRZEMIENNEGO
U
I
EZ
UI
OBCWOBC ZZ
EI
IZU
W
OBCOBCW
WOBC
Z
ZZZ
ZII
1
1
OBCZ
WZ OBCZ
WZ
-
+AUWE
U2
64 1010 A
A
UUWE
2
R2
U1
R1 I
011 IRU 022 IRU kUR
RUU 1
1
212
WZMACNIACZ OPERACYJNY
-
+AUWE
U2
64 1010 A
A
UUWE
2
R2
U1
R1 I
R3
R5
U3U5
5
5
3
3
1
1
R
U
R
U
R
UI
5
5
3
3
1
122 R
U
R
U
R
URU
A
UUWE
2
-
+A
U2
R2
U1 R1
I
0122 IRIRU011 IRU
)( kUR
RRUU
11
1
2112
A
UUWE
2
-
+A
U2U1
UWE
12 UU
Wtórnik Transformator impedancji
-
+AUWE
U2
64 1010 A
A
UUWE
2
R2
U1
R1 I
kUR
RUU 1
1
212
A
kkUU
11
112
PARAMETRY WZMACNIACZY OPERACYJNYCH
Częstotliwość graniczna
Rezystancja wejściowa
Rezystancja wyjściowa
Napięcie wyjściowe (zasilania)
CMRR- Common Mode Rejection Ratio (WTSW –Współczynnik tłumienia składowej wspólnej)
Wzmocnienie otwartej pętli A
Napięcie niezrównoważenia, prądy polaryzacji, napięcie dryfu termicznego i inne psuje
f
k
-
+
R2
UM = Uz δ
Zasilanie
napięciowe
RM(1-δ)
RM(1-δ)RM(1+δ)
RM(1+δ)
UM
MZ R
RUU 2
2 δ
CMRR =100 dB
1
212 R
ZUU
WZMACNIACZ CAŁKUJACY
-
+U2U1
R1 I
II
CjZ
1
2
C
CRωjUU
112
1
)()( tiC
tUC
1
φ
ω
90°
RC
10,1
ω10
10,001 0,01 100000,1 100010010
1
2
U
U
CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE
CRjR
R
U
U
21
2
1
2
1
1
ω
WZMACNIACZ CAŁKUJACY ?
CRj
RZ
2
22 1 ω
-
+U2U1
R1 I
IIC
R2
φ
ω
CR2
10,1
ω10
10,001 0,01 100000,1 100010010
1
2
U
U
FILTR DOLNOPRZEPUSTOWY
90°
45°
0,1
ω10
10,001 0,01 100000,1 100010010
1
2
U
U
FILTR DOLNOPRZEPUSTOWY
3-go rzędu
2-go rzędu
1-go rzędu
U2
U1
+-
0,1
ω10
10,001 0,01 100000,1 100010010
1
2
U
U
FILTR GÓRNOPRZEPUSTOWY
3-go rzędu
2-go rzędu
1-go rzędu
U2
U1
+-
FILTR ŚRODKOWOPRZEPUSTOWY
2-go rzędu
0,1
ω10
10,001 0,01 100000,1 100010010
1
2
U
U
3-go rzędu
1-go rzędu
U2
U1
+-
U2
U1
+-
U2
U1
+-
U2
U1
+-
Dolnoprzepustowy
Środkowoprzepustowy
Górnoprzepustowy
21212
11212
12 1
2
CCRRωωjRCRRC
UU
])([R2R1
C1
C2
WŁASCIWOŚCI FILTRÓW DOLNOPRZEPUSTOWYCH
FILTR BUTTERWORTHA – maksymalnie płaska charakterystyka modułu transmitancji częstotliwościowej, duża wrażliwość na zmiany wartości elementów filtru
FILTR BESSELA (THOMSONA) – maksymalnie liniowa charakterystyka fazy transmitancji częstotliwościowej co powoduje niezniekształcanie przebiegu i poprawną odpowiedź na sygnał skokowy
FILTR CZEBYSZEWA –charakterystyka modułu transmitancji częstotliwościowej wykazuje zafalowania, ale powyżej częstotliwości załamania jest bardzo stroma
U2
+-
LC
10 ω
GENERACJA NAPIĘĆ PRZEMIENNYCH
Generator z mostkiem Wiena
Dodatnie sprzężenie zwrotne
LC
U2
22)3(1)(
TTkj
ksK
RCT
PARAMETRY GENERATORÓW
Częstotliwość (akustyczne, radiowe, w.cz.)
Przestrajanie częstotliwości (VCO)
Poziom zniekształceń ( w % zaw.harmonicznych)
Moc wyjściowa
Napięcie wyjściowe
Kształt przebiegu (sinusoidalny -LC),
prostokątny –generator relaksacyjny - RC)
PRZETWARZANIE ANALOGOWO-CYFROWE
Kondycjonowanie sygnału
Próbkowanie
Kwantowanie Kodowanie
Wzmacnianie Filtracja S&H
Tw. Shannona Przetworniki Szybkość działania
Rozdzielczość Liczniki
WARTOŚĆ SYGNAŁU
LICZBA
. . . . . . . . . . .kk+1
k 1325 10100101101
k+1 1320 10100101000
k+2 1334 10100110110
k+3 1353 10101001001
k+4 1374 10101011110
k+5 1361 10101100001
I I I II I
Δt
PRZETWARZANIE ANALOGOWO-CYFROWE
. . . . . . . . . . .kk+1 Δt
t
f
gw
grft
2
1Δ
fgr
Δt małe = gęste próbkowanie
TWIERDZENIE SHANNONA
gw
f
gw
f
3/Δt2/Δt1/Δt
2/Δt1/Δt
Δt duże = rzadkie próbkowanie
Przetwornik z podwójnym całkowaniem
-+
U2U0
RIIC
UM
UM >UM
U2
tC1 = const
t
U2
tC1 = const = 20ms
UM >UM
U2
t
U2
Przetwornik z podwójnym całkowaniem
-+
U2U0
RIIC
UM
tC2
N
N N > N
tC2 > tC2tC2
Przetwornik kompensacyjny
U i
U 0
U n
U N
s 1
s 2
s i
s n
U OUT
I n
I i
I 1
I 0
UK Układ sterowania stykami
UM
+
-LH
UMAX
UM ± q
q = U0
U 7
U 6
U 5
U 4U 3
U 2 U 1 U 0
U X
U X
CLK
t
t
Koniec konwersji
0EOC
StartST
ST EOC t
Takty1 2 3, ...
Następnycykl
UM
Przetwornik kompensacyjny – zasada pracy
Układ próbkująco - pamiętający
S&H
Przetworniki S&H
Przetworniki całkujące (uśredniające)
Przetwornik typu FLASH
Bardzo szybki, do 1500 MS/s
(milionów próbek na sek.)
MAX 108
licznik
GIWzegar
fCLK TWZ
Q
D
C
R1
R2UM
UK
Przetwornik sigma – delta
BB
Ti – b. krótki impuls rozładowujący
AD7710
Parametry przetworników a/c
Rozdzielczość – wyrażana w bitach lub w wartościach LSB
Szybkość działania – wyrażana w cyklach na sekundę
Zakres przetwarzanych napięć – zwykle 0-10V lub 0- 5V lub –5V do +5V
Nieliniowość całkowa i różniczkowa
PróbkowaniePróbkowanie
KwantowanieKwantowanie (rozdzielczość)(rozdzielczość)
KodowanieKodowanie
Przesył, przetwarzaniePrzesył, przetwarzanie
Dekodowanie (odstęp próbkowania)Dekodowanie (odstęp próbkowania)
Przetwarzanie A/C i C/APrzetwarzanie A/C i C/A