Экзамен ПИиДФВ

Вопросы по ДФВ (письменный экзамен):

1. Генераторные датчики. Датчик напряжения, датчик тока.

2. Генераторные датчики. Датчик тока, датчик заряда.

3. Параметрические датчики. Последовательное включение, делитель, простой мост.

4. Параметрические датчики. Простой мост, полумост, полный мост. Несимметричные мосты.

5. Параметрические датчики. Мост с автобалансировкой, мост переменного тока.

6. Датчики температуры. Термопары, металлические термометры сопротивления.

7. Датчики температуры. Кремниевые датчики температуры, термисторы, полупроводниковые датчики температуры.

8. Датчики деформации и смещения. Тензодатчики.

9. Датчики деформации и смещения. Пьезодатчики.

10. Фотометрические датчики. Фоторезисторы.

11. Фотометрические датчики. Фотодиоды.

12. Инерциальные датчики. Акселерометры.

13. Инерциальные датчики. Датчики угловой скорости.

14. Датчики магнитного поля. Датчики на эффекте Холла.

15. Датчики магнитного поля. Магниторезисторы.

Вопросы по ПИ (устный экзамен):

Названия показанных архитектур (нужно знать их схемы), принцип работы, основные особенности:

• ЦАП с матрицей весовых резисторов https://youtu.be/NAawONdcBD8?t=1432

• ЦАП с матрицей R-2R https://youtu.be/NAawONdcBD8?t=1969

• ЦАП с активным делителем тока https://youtu.be/NAawONdcBD8?t=2556

• ЦАП с суммированием напряжений (цифровой потенциометр) https://youtu.be/NAawONdcBD8?t=2954

• Сегментированный ЦАП https://youtu.be/NAawONdcBD8?t=3246

• ЦАП с интерполяционным фильтром https://youtu.be/NAawONdcBD8?t=3670

• ЦАП на коммутируемых конденсаторах https://youtu.be/NAawONdcBD8?t=3746

• Последовательный ЦАП https://youtu.be/NAawONdcBD8?t=4220

• ЦАП с ШИМ https://youtu.be/NAawONdcBD8?t=4969

• ЦАП с ЧИМ https://youtu.be/NAawONdcBD8?t=5211

• Параллельный АЦП https://youtu.be/eIT_hc8fXf0?t=499

• Параллельно-последовательный АЦП https://youtu.be/eIT_hc8fXf0?t=940

• Последовательно-параллельный АЦП https://youtu.be/eIT_hc8fXf0?t=1480

• Конвейерный АЦП https://youtu.be/eIT_hc8fXf0?t=1759

• АЦП развертывающего уравновешивания https://youtu.be/eIT_hc8fXf0?t=2319

• АЦП следящего уравновешивания https://youtu.be/eIT_hc8fXf0?t=3008

• АЦП поразрядного уравновешивания https://youtu.be/eIT_hc8fXf0?t=3586

• АЦП двухтактного интегрирования https://youtu.be/eIT_hc8fXf0?t=4241

• АЦП ПНЧ https://youtu.be/eIT_hc8fXf0?t=4949

• Сигма-Дельта АЦП https://youtu.be/jK7p9iGyrVI?t=214

• Кодовый АЦПП

• АЦПП с двоично-сдвинутыми кодами

• АЦПП с однопереходными кодами

• Накапливающие АЦПП

• Лазерный интерферометр

• Рекурсивные кодовые шкалы

• Потенциометрические АЦПП

• АЦПП на дифференциальных трансформаторах

• Емкостные щупы

• Импульсный дальномер

• Фазовый дальномер

• Частотный дальномер

Основные характеристики преобразователей (статические и динамические), определения, их суть:

статические:

• Разрядность

• Частота дискретизации

• Частота тактирования

• Частота семплирования (кол-во сэмплов, которые выдает цифровая машина для преобразования)

• Передаточная характеристика

• Нелинейности

• Немонотонность

• Смещение нуля

• Коэффициент передачи

динамические:

• SNR

• SFDR

• ENOB

• THD

и тому подобное

!Пусть частота тактирования равна 1024 Гц для 10-битного случая => частота дискретизации в 1024 раза меньше = 1 Гц

//Расписываем только ДФВ

1. Генераторные датчики. Датчик напряжения, датчик тока.

Пример генераторных датчиков: микрофон, звукосниматель гитары

Эквивалентная модель: датчик обведен пунктиром (источник ЭДС Uсенсора, внутреннее сопротивление Rc), он формируем сигнал, который подключен к нагрузке Rн(средство дальнейшей обработки или вывода информации). На нагрузке формируется выходное сопротивление Uвых

Чтобы на выходе получать значение Uвых близкое к тому Uc, которое мы хотим снять с этого датчика, нужно условие линеаризации характеристики

Достижение линейности: использование повторителя на операционном усилителе

обратная связь стопроцентная

коэф усиления

сопротивление дифференциального сигнала

входное сопротивление будет достаточно большим

Эквивалентная модель: источник тока Ic и его внутреннее сопротивление Rc, подключен к нагрузке Rн. На нагрузке формируется выходное сопротивление Uвых

Чтобы ток нагрузки Iн должен быть максимально близок к Ic, нужно условие линеаризации характеристики

Достижение линейности: использование преобразователя ток-напряжения на базе операционного усилителя

коэффициент передачи преобразователя

2. Генераторные датчики. Датчик тока, датчик заряда.

Датчик – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающаяся непосредственному восприятию наблюдателем (или это устройство, которое формирует некоторый сигнал).

Генераторные датчики формируют выходной сигнал, параметр которого (сила тока, напряжение, частота) функционально связаны с измеряемой ФВ (физ. величиной). Являются активными устройствами.

Генераторные датчики являются маломощными устройствами, генерирующими сигналы в следующих диапазонах напряжений, токов и зарядов:

Пример генераторных датчиков: микрофон, звукосниматель гитары

При выборе схемы подключения рассматриваются следующие вопросы (они возникают, т.к. выходной сигнал мал):

• Усиление сигнала

• Обеспечение линейности передаточной характеристики

• Подавление синфазных сигналов и помехов

• Компенсация действия дестабилизирующих факторов

При анализе схем подключения генераторные датчики удобно заменять их эквивалентными схемами (моделями):

• Датчик напряжения

• Датчик тока

• Датчик заряда

Датчик тока

Источник тока Ic - ток сенсора, внутреннее сопротивление Rc, контуром обозначен датчик, подключенный к нагрузке - к сопротивлению Rн.

- формула делителя тока.

Для того, чтобы провести линеаризацию применяется схема преобразователя ток-напряжение.

Точка имеет потенциал виртуального нуля вследствие работы операционного усилителя (т. помечена красным). Тогда нетрудно найти:

K - коэффициент передачи.

Увеличивая значение Rос можно усиливать достаточно малые токи и тем больше будет чувствительность (приводит к большим колебаниям). Чтобы этого избежать вместо Roc ставится Т мост:

При использовании Т-моста Rэкв >> (много больше) сопротивления моста

Датчик заряда

qc - источник заряда неидеальный, Cc - емкость источника заряда, контур - датчик, подключенный к нагрузке, Сн - входная емкость нагрузки (включает емкость проводов)

Влияние емкости нагрузки (соединительных проводов, схемы измерения) вносит неопределенность в показания. Поэтому схема включения выглядит так:

В точке А потенциал равен нулю.

Коэффициент передачи:

Coc уменьшают для отслеживания малых зарядов. Но это опасно, т.к. емкость монтажа мб больше емкости конденсатора. Чтобы этого избежать, используем Т-мост:

Тогда:

Пример:

подставим и получим

Но если Coc = 10 пФ, то - нет в магазине

Однако при использовании этой схемы получаются огрномные коэф-ты передачи Кпер.