§ 2.5.2 Вольтметры с ацп разрядного кодирования (поразрядного взвешивания)

Структурная схема:

Допустим, что цена младшего разряда единица Вольт, а динамический диапазон от 0 до 16 Вольт (U₀ = 16). Эти значения могут быть закодированы четырьмя разрядами. Истинное значение напряжения равно U_x:

Первый импульс записывается в регистр, состоящий из 4 разрядов. Формирователь состоящий из источника опорного напряжения (ИОН) и сопряженного с ним цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) формирует напряжение U₀/2 (управляющее воздействие для ЦАП записывается в регистр устройством управления). Но так как Ux>U/2, то компаратор выдает на устройство управления сигнал совпадения/превышения напряжения. Затем формируем новый тактовый импульс (в разряде записывается 1). Далее формирователь формирует U₀/4. Получаем Ux< U₀/2+ U₀/4, компаратор выдает на устройство управления сигнал о несовпадении, следовательно, устройство управления сбрасывает этот импульс (или не присваивает разряду 1). В разряде записывается 0. Далее формирователь формирует U₀/8. Так как Ux> U₀/2+ U₀/8, то компаратор выдает на устройство управления сигнал совпадения/превышения напряжения. В разряде записывается 1. Формирователь формирует новый импульс U₀/16. Так как Ux> U₀/2+ U₀/8+ U₀/16, то компаратор снова выдает на устройство управления сигнал совпадения/превышения напряжения и в разряде записывается 1. После перебора всех 4-х разрядов АЦП входного сигнала заканчивается, результат выводится на устройство индикации (устройство управления разрешает регистру выполнить передачу данных на индикатор).

Таким образом, выполнилось приближение к Ux с ошибкой ∆x меньше значения младшего разряда U₀/16 (см. рис. выше).

Раздел 3

§ 3.1 Осциллоскопы

Основным прибором для исследования формы сигнала является осциллоскоп (осциллограф). Это обусловлено тем, что возможностями осциллографа является:

- измерение напряжения

- измерение периода сигнала

- наблюдение формы сигнала

Это делает осциллограф наиболее универсальным из всех измерительных приборов.

По своей сути осциллограф является вольтметром с отображением результатов измерения уровня сигнала, на некотором промежутке времени точно разделенного градуированной шкалой на равные интервалы, заполняемые значениями уровня сигнала с постоянной точно заданной скоростью (что позволяет измерять период сигнала).

Изображение можно получить на электроннолучевой трубке, на плазменной панели, на жк-мониторе. Но последние уступают первому по ширине полосы пропускания ввиду наличия цифровой обработки (АЦП, формирование растра развертки для передачи изображения на цифровое экранное устройство и т.д.).

Основные характеристики осциллоскопов

1. Полоса пропускания

2. Динамический диапазон:

3. Входное сопротивление (чтобы прибор минимально влиял на объект, входное сопротивление должно быть очень большим)

4. Минимальная входная емкость.

Главным элементом осциллоскопа является устройство отображения – электронно-лучевая трубка. Существуют электростатическая и электромагнитная системы отклонения, управляющиеся усилителями, подключенными к измеряемой цепи и генератору линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) формирующего развертку. Эти системы отклоняют поток электронов, бомбардирующих внутреннюю поверхность торца ЭЛТ покрытой люминофором, в результате чего возникает изображение. Следует отметить, что обратный ход луча информации не несет.

Для наблюдения на экране хотя бы одного периода периодического сигнала необходимо выполнить условие синхронизма - целое число периодов сигнала должно укладываться в период развёртки: . Только при выполнении этого условия картинка на экране будет неподвижной. Иначе будет наблюдаться фазовый набег.

Виды разверток

1. Автоколебательная развертка. Такая развертка обеспечивает непрерывный режим работы ГЛИН, в результате чего формируется непрерывная развертка сигнала по оси x с определенной скоростью слева направо и возвращение луча электронов в исходную точку в процессе обратного хода луча (время обратного хода много меньше времени прямого хода).

2. Ждущая внутренняя развертка. Ждущий режим применяется в том случае, когда период сигнала много больше длительности сигнала. ГЛИН запускается на 1 период развертки после срабатывания пороговой схемы регистрирующей приход сигнала. Порог срабатывания устанавливается внешними органами управления. Из-за задержки запуска развертки из-за порога запуска и ввиду инертности процессов запуска ГЛИН может происходить задержка сигнала на некоторое время. При этом пропадает часть информации. Чтобы избежать этого необходимо применять синхронизацию (принцип работы синхронизации описан в разделе 1 «Измерительные генераторы»)

3. Режим внешней ждущей развертки. Этот режим обеспечивает синхронизацию по внешнему сигналу (не измеряемому) подаваемому на вход внешней синхронизации.