4.1 Теоретичні відомості

4.1.1 Класифікація і параметри аналого-цифрових перетворювачів

В основі роботи цифрових вимірювальних систем лежить принцип аналогово-цифрового перетворення. Дані прилади мають цифровий вихід, за допомогою якого вони підключаються до ЕОМ, що істотно прискорює процес досліджень завдяки його автоматизації, зокрема, можливості швидкої обробки великих масивів одержаних даних.

Аналого-цифровим перетворювачем (АЦП) називають пристрій, що перетворює вхідну аналогову величину у відповідний їй цифровий еквівалент-код, що є вихідним сигналом перетворювача. АЦП забезпечує як дискретизацію безперервного сигналу за часом, так і його квантування за рівнем.

Найпоширенішою є класифікація АЦП за схемним принципом, за якою перетворювачі підрозділяються на дві групи:

• АЦП прямого перетворення або розімкнені перетворювачі, де відсутній зворотний зв'язок з виходу на вхід;

• АЦП врівноважуючого або компенсаційного перетворення з негативним зворотним зв'язком з виходу на вхід, який містить цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП).

У свою чергу, АЦП прямого перетворення підрозділяються на три основні види:

• АЦП частотного перетворення, в яких вимірювана величина спочатку перетворюється у послідовність електричних сигналів з частотою, що пропорційна вимірюваній величині, а потім частота сигналів перетворюється в код шляхом підрахунку числа цих сигналів цифровим лічильником за фіксований інтервал часу;

• АЦП часового перетворення, в яких вимірювана величина перетворюється в інтервал часу, тривалість якого визначається шляхом заповнення цього інтервалу імпульсами стабільної частоти і їх підрахунку цифровим лічильником (мікросхема К572ПВ2);

• АЦП амплітудного перетворення послідовного або паралельного типу, в яких вхідна величина перетворюється відразу в код шляхом порівняння з набором опорних електричних величин (мікросхем К1107ПВ1 - К1107ПВ4).

Основні технічні характеристики АЦП: точністні, часові, надійнісні і вартісні.

Характеризуючи точність АЦП, зазвичай враховують наступні похибки:

• методичну, яка є наслідком квантування безперервної величини (методична похибка називається також похибкою квантування );

• інструментальну (апаратурну), пов'язану з неідеальністю використовуваних елементів, а також шумами і завадами у вхідному сигналі і у вузлах АЦП.

Максимальне значення похибки квантування пов'язане з чутливістю АЦП q і дорівнює:

, (4.1)

де 1МЗР = Х_мах/N_mах — одиниця молодшого значущого розряду або крок квантування - найменша аналогова змінна вхідного сигналу, яка може розрізнятися перетворювачем;

N_max=2ⁿ-1 - максимальне число рівнів квантування; n - число двійкових розрядів, що визначає роздільну здатність АЦП;

Х_мах – діапазон вхідної напруги.

Інструментальна похибка - це сумарна похибка , визначувана впливом похибок налаштування, пов'язаного з розкидом параметрів елементів АЦП, температурної і часової нестабільності параметрів окремих вузлів і елементів, похибки від зміни параметрів зовнішніх джерел живлення і сигналів керування.