- •Конспект лекцій
- •1. Дискретні електричні компоненти 8
- •1.1. Електричні дроти та кабелі 8
- •1.4. Різницево-струмові захисні вимикачі 23
- •1.5. Перемикачі та реле 26
- •1.6. Трансформатори, мережні пристрої живлення та проти аварійні пристрої 33
- •1. Дискретні електричні компоненти
- •1.1. Електричні дроти та кабелі
- •1.1.1. Основні відомості про електричні провідники
- •1.1.2. Описи і назви кабелів
- •Ізоляція і матеріал оболонки
- •1.1.3. Енергетичні та інсталяційні кабелі – позначення типів відповідно до стандартів cenelec
- •1.1.4. Позначення кабелів за стандартом американським awg
- •1.2.1. Основні методи постійного з’єднання провідників
- •1.2.2. Основні типи сучасних роз’ємів
- •1.3. Запобіжники
- •1.3.1. Означення параметрів
- •1.3.2. Конструктивне виконання
- •1.4. Різницево-струмові захисні вимикачі
- •1.4.1. Струми витоку
- •1.4.2. Принцип дії різницево-струмових захисних вимикачів
- •1.4.3. Схема та конструкція різницево-струмових захисних вимикачів
- •1.5. Перемикачі та реле
- •1.5.1. Перемикачі
- •1.5.2. Виконувані перемикачем функції
- •1.5.3. Реле та контактори
- •1.5.4. Захист з’єднувальних пристроїв
- •1.6. Трансформатори, мережні пристрої живлення та проти аварійні пристрої
- •1.6.1. Трансформатори
- •1.6.2. Мережні перетворювачі
- •1.6.3. Завади
- •1.7.1. Електрохімічна чарунка - основа електрохімічних пристроїв
- •1.7.2. Первинні джерела напруги (гальванічні елементи)
- •1.7.3. Акумулятори (вторинні гальванічні елементи)
- •Заряджання свинцевих акумуляторів
- •1.7.4. Інтегратори, основані на ефекті поверхневого накопичення заряду (“іонікси”)
- •1.7.5. Ртутно-капілярні кулонометри
- •1.7.6. Сонячні елементи і панелі
- •1.8. Електричні світлові пристрої
- •1.8.1. Класифікація джерел світла
- •1.8.2. Величини і технічні одиниці світла
- •1.8.3. Електричні джерела світла
- •1.9. Сенсори
- •1.10. Електричні лічильники імпульсів і лічильники часу
- •1.10.1. Електричні лічильники імпульсів
- •1.10.2. Лічильники часу
- •1.11. Сигналізації
- •1.12. Відведення тепла
- •1.12.1. Радіатори
- •1.12.2. Вентилятори
- •1.13. Електромагніти і двигуни
- •1.13.1 Електромагніти
- •1.13.2. Електричні двигуни
- •1.14. Світловоди
- •1.15. Основні відомості про корпуси для електронних пристроїв
- •1.15.1. Матеріали корпусів
- •1.15.2. Пожежостійкість корпусів
- •1.15.3. Екранувальні властивості корпусів
- •1.15.4. Відведення тепла з корпусів
- •1.15.5. Корпуси стандартного типоряду 19"
- •1.15.6. Класи щільності електричних пристроїв. Норми ір
- •П ерша цифра Друга цифра
- •2. Дискретні електронні компоненти
- •2.1. Котушки індуктивності та дроселі
- •2.1.1. Приклади застосувань котушок індуктивності
- •2.1.2. Імпеданс котушок індуктивності
- •2.1.3. Резонанс
- •2.1.4. Підрахунок параметрів котушок індуктивності без осердь
- •2.1.5. Підрахунок параметрів котушок індуктивності з осердями
- •2.1.6. Магнітне поле
- •2.1.7. Магнітна проникність
- •2.1.8. Магнітні втрати
- •2.1.9. Поверхневий ефект
- •2.1.10. Підрахунок параметрів котушки з осердям
- •2.1.11. Індукція (густина потоку) в осерді
- •2.1.12. Виділення тепла
- •2.1.13. Залежність від температури
- •2.2. Резистори
- •2.2.1. Позначення резисторів
- •2.2.2. Залежність від частоти
- •2.2.3. Залежність від температури
- •2.2.4. Технічні характеристики
- •2.2.5. Шуми
- •2.2.6. Залежність від напруги
- •2.2.7. Конструкція
- •2.2.9. Потенціометри
- •2.2.10. Основні технічні характеристики потенціометрів
- •2.3. Конденсатори
- •2.3.1. Приклади застосувань конденсаторів
- •2.3.2. Типи конденсаторів
- •2.4. Напівпровідникові дискретні компоненти
- •2.4.1. Загальні відомості про напівпровідники
- •2.4.3. Різновиди діодів
- •2.4.4. Основні області використання діодів
- •2.4.4. Тиристори
- •2.4.6. Транзистори
- •2.4.7. Двобазові діоди
- •2.4.8. Електронні лампи
- •2.4.9. Оптоелектронні елементи
- •2.4.10. Основні відомості про виготовлення друкованих плат
- •3. Підсилювачі з від’ємним зворотним зв’язком
- •3.1. Інтегральні операційні підсилювачі
- •3.1.1 Визначення
- •3.1.2 Принципові схеми інтегральних операційних підсилювачів
- •3.1.3 Еквівалента схема операційного підсилювача для низьких частот
- •3.1.4. Основні параметри операційних підсилювачів
- •3.1.5. Частотна корекція оп
- •3.2. Інвертувальний і неінвертувальний підсилювачі
- •3.2.1. Схеми інвертувального і неінвертувального підсилювачів
- •3.2.2 Похибки підсилювачів
- •3.2.3. Адитивна складова похибки
- •3.2.4 Вхідні і вихідні опори інвертувального і неінвертувального підсилювачів
- •3.2.5. Динамічні властивості інвертувального і неінвертувального підсилювачів
- •3.3. Диференційні підсилювачі
- •3.3.1. Найпростіший диференційний підсилювач
- •3.3.2. Схеми диференціальних підсилювачів з регульованим коефіцієнтом підсилення
- •3.3.3. Інструментальні диференційні підсилювачі
- •3.3.4. Похибки диференційних підсилювачів
- •3.4. Операційні перетворювачі на базі підсилювачів з від`ємним зворотним зв`язком
- •3.4.1. Підсилювачі з т-подібним ланцюгом від`ємного зворотного зв`язку
- •3.4.2. Підсилювачі змінної напруги
- •3.4.3. Підсилювачі з транзисторним вихідним каскадом
- •3.4.4. Підсилювачі струму
- •3.4.5. Підсилювач заряду
- •3.4.6. Багатовходовий суматор–сустрактор
- •3.4.7. Аналогові інтегратори
- •3.4.8. Аналогові диференціатори
- •3.4.9. Виділення модуля змінної напруги
- •3.4.10. Виділення середньоквадратичного значення напруги
- •3.4.11. Компаратори
- •3.4.12. Пристрої вибірки-зберігання
- •3.4.13. Джерела струму
- •3.4.14. Генератори сигналів синусоїдної форми
- •3.4.15. Генератори прямокутних імпульсів
- •3.4.16. Генератори трикутних імпульсів
- •4. Інтегральні ацп та цап
- •4.1. Аналого-цифрове перетворення
- •4.1.1. Похибка від зміни сигналу протягом перетворення
- •4.1.2. Основні метрологічні характеристики ацп
- •4.1.3. Класифікація аналого-цифрових перетворень
- •4.1.3.3. Ацп з квантуванням параметрів інтенсивності. В ацп даного типу перетворення може відбуватися паралельним чи послідовним способом.
- •4.2. Цифро-аналогові перетворювачі
- •4.2.1. Цап на основі резисторних матриць
- •4.2.2. Цап на основі ємнісних матриць
- •5.1.1.2. Класифікація цифрових пристроїв.
- •5.1.2. Перевід чисел з однієї системи числення в іншу
- •5.2. Принцип дії основних типів логічних елементів
- •5.2.1. Транзисторний ключ – основа схемотехніки логічних елементів
- •5.2.2. Базові елементи транзистор-транзисторної логіки
- •5.2.3. Елементи емітерно-зв`язаної логіки
- •5.2.4. Елементи інтегральної інжекційної логіки
- •5.2.5. Логічні елементи на основі комплементарних мдн-транзисторів
- •5.3. Основні поняття та закони булевої алгебри
- •5.3.1. Основні поняття булевої алгебри
- •5.3.2. Аксіоми Булевої алгебри
- •5.3.3. Основні закони бульової алгебри
- •5.3.4. Властивості логічних функцій
- •5.3.5. Форми зображення логічних функцій
- •5.3.6. Мінімізація логічних функцій
- •5.3.7. Форма зображення цифрових сигналів та способи їх передачі
- •5.4. Інтегральні цифрові мікросхеми
- •5.4.1. Вимоги до інтегральних мікросхем
- •5.4.2. Класифікація інтегральних мікросхем
- •5.4.3. Загальні параметри цифрових мікросхем
- •5.4.4. Основні характеристики мікросхем логічних елементів
- •5.4.5. Застосування логічних елементів
- •5.5. Шифратори, дешифратори та перетворювачі кодів
- •5.5.1. Шифратори
- •5.5.2. Дешифратори
- •5.5.3. Перетворювачі кодів
- •5.6. Мультиплексори та демультиплексори
- •5.6.1. Мультиплексор
- •5.6.2. Демультиплексори
- •5.6.3. Синтез комбінаційних пристроїв на основі дешифраторів та мульплексорів
- •5.6.3.1. Синтез комбінаційних пристроїв на основі дешифраторів.
- •5.7. Тригери
- •5.7.1. Структурна схема тригерів
- •5.7.2. Види тригерів
- •5.7.3. Двоступеневі тригери
- •5.8. Регістри
- •5.8.1. Регістри пам’яті
- •5.8.2. Регістри зсуву
- •5.8.3. Кільцеві лічильники
- •5.9. Лічильники
- •5.10. Арифметичні пристрої. Комбінаційні суматори. Накопичувальні суматори.
- •5.11. Цифрові компаратори
- •5.11.1. Цифрове порівняння чисел
- •5.11.2. Реалізація компараторів однорозрядних чисел
- •5.11.3. Реалізація компараторів багаторозрядних чисел
- •5.12. Арифметико-логічні пристрої
- •6. Мікропроцесори
- •6.1 Мікропроцесори. Узагальнена структурна схема мікропроцесора. Основні режими роботи.
- •6.2. Класифікація команд мікропроцесора. Види адресації. Структура і формат команд мікропроцесора
- •6.3.Структура програмного забезпечення
- •6.4. Способи проектування програмного забезпечення
- •6.5. Інтерфейси
- •6.5.1. Програмований паралельний інтерфейс
- •6.5.2. Приладний інтерфейс
- •6.5.3. Послідовний інтерфейс
- •Перелік посилань
- •Електронні пристрої випробувальних систем
4.1.2. Основні метрологічні характеристики ацп
До метрологічних характеристик АЦП належать: діапазон перетворення, кількість розрядів, значення одиниці молодшого розряду, час одного перетворення (кількість перетворень в одиницю часу), похибка перетворення, коефіцієнти послаблення завад спільного та нормального виду.
Номінальне число можливих значень (станів) вихідного коду – кількість квантів NYH=Nmax+1, де Nmax – максимальний результат перетворення АЦП, який є на одиницю меншим за кількість квантів. Для двійкового АЦП кількість квантів завжди дорівнює цілому ступеню числа 2, тобто може бути 256 (28), 4096 (212) тощо. Для десяткових АЦП кількість квантів може дорівнювати цілому ступеню числа 10 (наприклад, 1000 (103), 100000 (105)), чи більшим вдвічі (наприклад, 2000, 200000 тощо), або іншу кількість разів.
Максимальне числове значення результату перетворення завжди на 1 менше за максимальну кількість квантів Nmax=NYH-1.
Наприклад, при 1000 квантах десяткового АЦП максимальне числове значення результату становить 999, а 256 квантах двійкового АЦП максимальне числове значення 255 (у двійковому коді записується вісьмома одиницями: 25510=111111112).
Кількість розрядів АЦП – дорівнює відповідному логарифму кількості квантів. Для двійкових АЦП кількість розрядів
M=log2 NYН. (4.7)
Наприклад, при 256 квантах АЦП має 8 двійкових розрядів (log2256=8), а при 4096 квантах – 12 розрядів ((log24096=12).
Для десяткових АЦП кількість розрядів
M=lgNYН, (4.8)
Наприклад, при 1000 квантах АЦП має 3 десяткові розряди (lg1000=3), а при 100000 квантах – 5 розрядів ((lg100000=5). Якщо кількість квантів АЦП вдвічі більша, то старший розряд неповний, і розрядність такого АЦП записують з додаванням ½. Наприклад, АЦП з 2000 квантами має 3½ десяткових розрядів, а АЦП з 200000 квантами має 5½ десяткових розрядів.
Роздільна здатність. У вітчизняній літературі роздільною здатністю називають обернену до номінального числа кодових комбінацій NYH (квантів) величину, яку виражають у відносних одиницях, відсотках чи інших відносних одиницях. Наприклад, 12-розрядний АЦП має роздільну здатність 1/4096, або 0,0245 % від повної шкали.
У зарубіжній літературі за роздільну здатність (англійською resolution) АЦП переважно приймають його розрядність і кажуть двійковий АЦП з роздільною здатністю 16 розрядів, десятковий АЦП з роздільною здатністю 4½ розрядів тощо.
Розмір кванта. Розмір кванта qy (або крок квантування) дорівнює різниці значень вхідної величини, які відповідають сусіднім результатам Ni+1, Ni аналого-цифрового перетворення – сусіднім кодовим комбінаціям
qy=Ui+1-Ui. (4.9)
Переважно крок квантування АЦП є сталим.
Номінальний діапазон перетворення це значення вхідного сигналу (напруги), яке відповідає збільшеному на одиницю максимальному цифровому значенню вихідного коду
Un=Ufs=(Nmax+1)qy=NYHqy. (4.10)
(Англійською FS – full scale – повна шкала).
Знаючи номінальний діапазон перетворення та кількість квантів, розмір кванта можна визначити за виразом
qy=Un/(Nmax+1)=Un/NYH. (4.11)
Наприклад, для 10 розрядного двійкового АЦП, максимальне значення коду становить 10 одиниць: Nmax=11111111112=210-1. NYH = Nmax+1=210, при розмірі кроку квантування qy=2 мВ номінальний діапазон перетворення становить Un=2102мВ=2,048 В. Якщо ж для цього АЦП номінальний діапазон перетворення становить Un=10 В, то розмір кванта становить qy=9,765625 мВ.
Ще раз відмітимо, що максимальне значення вхідної величини, яке може бути перетворене АЦП, на один квант менше за номінальний діапазон перетворення
Umax=Un-qy=Un-Un/NYH=Un(2M-1)/2M. (4.12)
Тобто для 12 розрядного АЦП (M=12) з номінальним діапазоном перетворення Un = 5,12 В максимальна перетворювана вхідна напруга (яка відповідає дванадцятьом одиницям вихідного коду) становить Umax=Un-qy=5,12 В(212-1)/212=5,11975 В.
Адитивна похибка (похибка від зміщення) визначає зсув дійсної характеристики перетворення АЦП від початку координат. Як правило нормують граничні значення цієї похибки в одиницях молодшого розряду (ОМР, англійською LSB – least significant bit) – квантах або у відсотках чи мільйонних частках (ppm читати “пі-пі-ем”) від номінального діапазону перетворення (англійською: of FS – від повної шкали). Наприклад, 0 = 5 ОМР, або 0 = (0/Un)100 % = 0,005 % = 50 ppm.
Похибка коефіцієнта перетворення АЦП (мультиплікативна похибка) спричиняє зміну нахилу дійсної характеристики перетворення від номінальної. Остання визначається номінальним значенням коефіцієнта перетворення – тангенсом кута нахилу до осі абсцис прямої, проведеної через початок координат та кінцеву точку, задану номінальним значенням діапазону перетворення. Мультиплікативну похибку як правило нормують граничними відносними значеннями у відсотках чи мільйонних частках (ppm) від вхідного (перетворюваного) значення величини (англійською: of Rdn (reading) – дослівно від відчитаного значення). Наприклад, к= 0,0025%= 25 ppm (від перетворюваного значення).
Нормують також температурні зміни адитивної та мультиплікативної похибки, переважно на один градус зміни температури.
Похибка інтегральної нелінійності характеризує відхилення реальної характеристики перетворення від лінійної. Ця похибка переважно нормується граничним зведеним (до номінального діапазону перетворення) значенням максимального відхилення від лінійної характеристики (у відсотках чи мільйонних частках)
ін=Δін/Un. (4.13)
Похибка диференційної нелінійності Δдл АЦП зумовлена неоднаковістю розмірів квантів вздовж діапазону перетворення. Може проявлятися пропуском окремих кодових комбінацій і немонотонністю характеристики перетворення. Переважно така похибка характерна для АЦП з паралельним перетворенням та порозрядним зрівноважуванням (див. нижче). Таку похибку нормують в частках ОМР (кванту) або у відсотках від повної шкали.
Розглянуті вище характеристики АЦП є найважливішими, але не вичерпними. Для визначення похибок АЦП в реальних умовах слід враховувати цілу низку інших параметрів, а саме – залежності характеристик АЦП від часу, температури довкілля, зміни параметрів живлення і т. ін. Існує цілий ряд експериментальних та технологічних параметрів АЦП, таких як: вхідний опір і вихідний струм АЦП; параметри випадкової складової похибки, яка викликана шумами власне АЦП та зовнішніх чинників; струм вхідного зміщення, різниця вхідних струмів АЦП; вхідні імпеданси ввімкнених і розімкнених вхідних каналів (для багатовходових АЦП); коефіцієнт послаблення синфазного сигналу, коефіцієнт послаблення завад нормального виду і т. ін.
Важливою динамічною характеристикою АЦП є його час перетворення або максимальна частота перетворення.
Час перетворення АЦП tпр – це інтервал часу від початку стрибкоподібної зміни вхідної напруги, значення якої міститься в границях його діапазону перетворення, до моменту, коли код на виході АЦП буде відрізнятися від номінального не більше ніж на значення середньої статичної похибки. При цьому на виході АЦП встановлюється цифровий код, що відповідає значенню вхідного сигналу. Час перетворення tпр здебільшого вказується в мікросекундах чи мілісекундах.
Інколи в специфікаціях АЦП зазначається максимальна частота перетворення fп max, якою називають найбільшу частоту дискретизації вхідного сигналу, при якій вибраний параметр АЦП не виходить за визначені границі, тобто
fп max=1/tпр. (4.14)
Розмірність fп max в англомовній літературі часто вказують не в кіло- чи в мегагерцах, а в kSPS або MSPS (відповідно, 103 і 106 перетворень за секунду).