Теоретические основы

1 Разработка устройства выборки и хранения

Устройство выборки и хранения аналогового сигнала служит для фиксации мгновенных значений сигналов в определенные моменты времени. УВХ необходимо при обработке быстроизменяющихся сигналов с целью согласования их динамических характеристик с динамическими характеристиками АЦП. В этом случае удается расширить динамический диапазон АЦП, снизить динамическую погрешность, выполнить точную временную привязку значения кода к реальному моменту получения отсчета.

В основе работы УВХ лежит операция стробирования. В зависимости от варианта предлагается два типа УВХ: со стробированием прямоугольными импульсами при малой постоянной времени и с модуляцией импульсов генератора пилообразного напряжения (ГПН). Эти УВХ рассматриваются ниже в порядке вариантов.

1.1 Устройство выборки и хранения со стробированием прямоугольными импульсами при малой постоянной времени

Диаграмма, поясняющая работу схемы УВХ, со стробированием прямоугольными импульсами, представлена на рисунке 1.

При подаче стробирующего импульса U_стр на разрешающий вход электронного ключа последний открывается (момент времени t₁), и начинается заряд накапливающего конденсатора С_н под воздействием входного напряжения U_вх. Длительность стробирующего импульса t_стр много больше времени заряда конденсатора t_стр >> RC, поэтому конденсатор за время t_стр успевает зарядиться до любого допустимого значения U_вх. По окончании стробирующего импульса (момент t₂) электронный ключ разорвет цепь RC_н, и на конденсаторе останется значение напряжения U_вх, соответствующее моменту t₂. Это значение входного напряжения будет храниться в УВХ до подачи следующего стробирующего импульса и так далее. Это напряжение через выходной усилитель подается на выход УВХ.

Рисунок 1 - Диаграмма, поясняющая работу схемы УВХ, со стробированием прямоугольными импульсами

В качестве сопротивления R можно выбрать резистор типа МЛТ-0,125 (номиналы от 8,2 Ом до 3 МОм, допуск ± 5 %, ряд E24), а в качестве емкости С_Н - конденсатор К10-50 МПО (номиналы от 1100 до 30000 пФ, допуск ± 5 %, ряд E24). При этом необходимо, чтобы τ_увх было равно RC:

τ_увх = RC. (2.1)

1.2 Устройство выборки и хранения с модуляцией импульсов генератора пилообразного напряжения

УВХ с модуляцией импульсов генератора пилообразного напряжения (ГПН) состоит из ГПН, компаратора К, накапливающего конденсатора С_н и выходного усилителя У (рисунок 2, а). При подаче на ГПН стробирующего импульса (момент времени t₁), напряжение на его выходе сбрасывается до нуля, накапливающий конденсатор разряжается, компаратор устанавливается в положение "1". ГПН начинает вырабатывать линейно возрастающее напряжение. В момент времени t₂, когда напряжение на выходе ГПН сравняется со входным, срабатывает компаратор (рисунок 2, а), на его выходе появляется "0", блокирующий ГПН. Напряжение на выходе УВХ при этом остается равным входному напряжению U_вх, соответствующему моменту времени t₂. В момент времени t₃ приходит следующий стробирующий импульс и процесс повторяется.

Рисунок 2 - Схема УВХ с модуляцией импульсов ГПН (а) и диаграмма, поясняющая ее работу (б)

Длительность стробирующего импульса в рассматриваемом типе УВХ должна превышать время τ_увх, необходимое для достижения напряжением, вырабатываемым ГПН, значения от нуля до максимально допустимого значения U_вх.

Блок управления формирует управляющие импульсы: импульсы выборки, поступающие в УВХ и фиксирующие моменты дискретизации, импульсы сброса счетчика последовательного АЦП с пилообразным напряжением (в случае применения такого типа АЦП) и импульсы разрешения записи выходного кода АЦП в буферный регистр блока памяти.

Рисунок 3 – Структурная схема БУ: ГТИ – генератор тактовых импульсов; S – одновибратор.

Содержание отчёта:

Необходимо выбрать СВХ для сигналов представленных на графике. График аналогового сигнала выбирается из приложения 1 в соответсвии с выданным преподавателем вариантом.

Отчёт должен содержать график аналогового сигнала, диаграмма для выбранной схемы УВХ, а также объяснение сделанного выбора. Высчитать частоту вашей схемы УВХ, по сделанной диаграмме.

Контрольные вопрпосы:

1. Для чего необходисо устройство схемы выборки и хранения?

2. Какая основная операция лежит в основе принципа работ устройства выборки и хранения?

3. Два основных типа схемы УВХ и принцип их работы?

4. Как соотносится τ_увх и t_стр?