Порядок виконання роботи
1. Скласти електричну схему для вивчення роботи фотореле та зробити описання роботи даної схеми.
2. Побудувати вольт-амперну характеристику фотодіода.
3. Ознайомитися з іншими видами фотодатчиків, які застосовуються у схемах управління.
4. Зробити висновки з проведеної роботи.
1. Скласти електричну схему для вивчення роботи фотодіода та зробити опис роботи даної схеми.
Рисунок 2.4 – Схема електрична принципова фотореле
2. 2. Побудувати вольт-амперну характеристику фотодіода.
3. Ознайомитися з іншими видами фотодатчиків, які застосовуються у схемах управління.
4. Зробити висновки з проведеної роботи.
Контрольні запитання
1. Які види датчиків ви знаєте (по принципу перетворення)?
2. Основні ознаки параметричних датчиків, види, принципи дії (загальний)?
3. Фоторезистори, фототранзистори та фотодіоди.
4. Принцип дії параметричних датчиків опору, індуктивних та ємнісних датчиків.
5. Принцип дії генераторних датчиків (тахогенератор, фотодатчики).
Література
1. Головінський О.І. Основи автоматики М.:– Вища школа, 1987
2. Стригін В.В. Основи автоматики і обчислювальної техніки – М.: Енергоіздат.
3. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2002. – 384 с.
4. Колосов С.П. Элементы автоматики, 1970 г.
5. Дж. Фрайден Современные датчики. Справочник. – М.: Техносфера, 2005. – 592 с.
(Перевод с английского Ю.А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова)
Лабораторна робота №3
Тема. Вивчення аналого-цифрового (АЦП) та цифро-аналогового (ЦАП) перетворювача
Мета роботи: ознайомитись з конструкцією та призначенням ЦАП і АЦП, дослідити їх роботу, розглянути їх можливі варіанти виконання.
Обладнання: прикладна програма Multisim 11.0.
Теоретичні відомості
Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) призначений для автоматичного перетворення (виміри і кодування) величин, що безперервно змінюються в часі (тобто аналогових), у відповідні значення числових кодів. В даному випадку під словом «цифра» розуміється двійковий код. Коли, наприклад, говорять про цифрову звукозаписну і відтворюючу апаратуру або про цифрову телефонію, то мають на увазі, що звуковий сигнал, що безперервно змінюється, записується або передається саме у вигляді двійкових (бінарних) кодів, тобто «оцифрованим». Залежно від способу перетворення АЦП підрозділяють на послідовні, паралельні і послідовно-паралельні. На рис. 3.1 показано АЦП послідовного типу.
Рисунок 3.1 – АЦП послідовного типу
По команді «Пуск» цифровий автомат ЦА виробляє послідовність двійкових чисел, які поступають на вхід цифро-аналогового перетворювача (ЦАП), що виробляє напругу Uцап, відповідне кожному вхідному двійковому сигналу. Ця напруга Uцап безперервно зростає (поки працює ЦА) і поступає на один з входів компаратора К, на інший вхід якого поступає вхідна напруга. Компаратор порівнює ці два сигнали і видає сигнал при їх рівності. По цьому сигналу зупиняється ЦА, а на його виході фіксується двійковий код, відповідний Uвх. Таким чином, перетворення в послідовному АЦП відбувається в ступінчастому режимі, окремими кроками (тактами), послідовно наближаючись до вимірюваного значення.
Тому послідовні АЦП на кожне перетворення аналогового сигналу витрачають багато часу. Для підвищення їх швидкодії використовується метод порозрядного урівноваження.
Найбільш швидкодіючими є АЦП паралельного типу. Перетворення аналогового сигналу в код в таких АЦП здійснюється за один крок. Але такі АЦП вимагають декілька компараторів. Вихідна напруга одночасно порівнюється у всіх компараторах з декількома опорними напругами. Паралельні АЦП мають більше число елементів, ніж послідовні.
Час перетворення паралельних АЦП може складати декілька десятків наносекунд, що в сотні разів швидше, ніж в послідовних АЦП.
Рисунок 3.2 – Паралельний трьох розрядний аналого-цифровий перетворювач
Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) призначений для автоматичного перетворення (декодування) вхідних величин, представлених числовими кодами, у відповідні їм значення величин, що безперервно змінюються в часі (тобто аналогових). Іншими словами ЦАП виконує зворотнє в порівнянні з АЦП перетворення.
Вихідні фізичні величини АЦП частіше всього є електричною напругою і струмами, але це можуть бути і тимчасові інтервали, і кутові переміщення, і тому подібне в системі автоматики з ЕОМ або мікропроцесором зручніше обробляти (перетворювати або передавати) цифровий сигнал, але людині (операторові) звичніше і зручніше сприймати саме аналогові сигнали, відповідні значенням числових кодів. Можна сказати, що за допомогою АЦП інформація вводиться в ЕОМ, а з допомогою ЦАП інформація виводиться з ЕОМ для дії на керований об'єкт і сприйняття людиною.
У схемах ЦАП зазвичай використовується представлення двійкового числа, що складається з декількох розрядів, у вигляді суми степені числа 2. Кожен розряд (якщо в нім записана одиниця) перетвориться в аналоговий сигнал, пропорційний двійці в тій степені, який номер розряду, зменшений на одиницю.
На рис. 3.3 показана проста схема ЦАП, основу якої складає матриця (набір) резисторів, які підключаються до входу операційного підсилювача ключами, керованими відповідними розрядами двійкового числа. В якості ключей можуть бути використані тріоди (наприклад МДП – транзистори).
Якщо в даному розряді записана «1», то ключ замкнутий, якщо «0» — розімкнений. Коефіцієнт передачі операційного підсилювача дорівнює відношенню опору резистора в ланцюзі зворотного зв'язку до опору резистора на вході підсилювача (а величина цього опору, як видно з схеми, для кожного розряду різна). Коефіцієнти передачі К= –(Uвих/Uоп) по кожному розряду перетворюваного двійкового числа (якщо в цьому розряді записана «1») відповідно рівні К0 = R1/R0, К1=2R1/R0, К2=4R1/R0, K3=8R1/R0. Вихідна напруга ЦАП визначається сумою Uвих = –Uоп(К3+К2 +К1+К0) = –Uоп(R1/R2)·(8X3+4X2+2X1+X0), де X набуває значення 1 або 0 залежно від того, що записане в даному розряді.
Рисунок 3.3 – Цифро-аналоговий перетворювач на базі резистивної матриці