Самостоятельная работа 8

Самостоятельная работа №8 по лекциям 12 и 13 по курсу ЭАЦС

АЦП интегрирующего типа с алгоритмом двойного интегрирования (по лекции 12) и сигма-дельта (ΣΔ)-АЦП (по лекции 13)

Вариант 3.

Исходные данные для расчётов АЦП с линейным преобразователем значения напряжения сигнала в длительность временного интервала (U_ВХ→T_ВЫХ):

1) диапазон входных сигналов АЦП от 0 В до +5 В (U_П.Ш = 5 В);

2) выходной код двоичный нормальный, количество значащих разрядов n=14);

3) частота входного сигнала – не более 0.5 кГц;

4) коэффициент усиления ОУ без обратной связи K_U.ОУ = 10⁶.

Требуется:

I) Раздел «АЦП с алгоритмом двойного интегрирования»

1) Составить функциональную схему АЦП с блоком промежуточного преобразования значения сигнала U_ВХ в длительность импульса (временного интервала ЛИП) T_ВЫХ = K_ПЕР(U_ВХ) и блока счета количества импульсов с эталонным периодом следования t_ЭТ, заполняющих выходной интервал длительности T_ВЫХ.

2) Изобразить требуемую передаточную характеристику данного АЦП.

3) Изобразить зависимости напряжения на ёмкости интегратора во время преобразования U_С (t) при разных значениях емкости интегратора С_ИНТ. Определить зависимость коэффициента передачи ЛИП от значения ёмкости конденсатора интегратора.

4) Определить диапазон допустимых значений ёмкости конденсатора интегратора.

5) Оцените количественно погрешность, которая вносится операционным усилителем интегратора.

6) Оценить погрешности преобразования, а именно, допустимое значения: а) отклонения времени выдержки таймера, б) изменения опорного тока, в) погрешности счётчика импульсов. Учесть вклад методической погрешности преобразования.

7) Оценить количественно вклад изменения преобразуемого сигнала во время преобразования в погрешность преобразования АЦП данного типа.

8) Как можно минимизировать влияние сетевых помех источника питания данного АЦП выбором длительности времени выдержки таймера.

II) Раздел «ΣΔ-АЦП»

Требуется:

1) Сравнить и оценить особенности преобразования входного аналогового сигнала в АЦП с линейным преобразователем значения напряжения сигнала в длительность временного интервала и особенности преобразования в сигма-дельта (ΣΔ)-АЦП.

2) Оценить источники погрешностей преобразования в АЦП данных двух типов и возможности их минимизации в этих АЦП.

1 ,2,3.

Рис.1 Функциональная схема ЛИП напряжения UВХ Рис.2 Передаточная характеристика АЦП

с двойным интегрированием в длительность выходного

импульса

Рис. 3 Зависимость напряжения на ёмкости интегратора

при разных значениях емкости интегратора С_инт

Здесь и далее будем пользоваться обозначением C инт = C[1 + 1/Ky u ]

tвыд.т. = 5RC[1 + 1/Ky u] – время, за которое конденсатор зарядится, и выдаст напряжение Uc = Uвх Выражая отсюда Ky u, получим K_{y u} = [5RC/(t_выд.т. – 5RC)].

Видим, что tвыд.т. ≈ 2T, тогда tвыд.т. ≈ 1/2f = 1/(2*0.5 мГц) = 1 мс

Т.о. формула в общем виде выглядит K_{y u} = [5RC/(1/2f _. – 5RC)]

4. U_пш =5В, тогда необходимо выбирать конденсатор, способный нести такое напряжение, иначе диапазон окажется сильно обрезан. U_пш = Qmax/C_инт

Отчет

В первом пункте была построена функциональная схема АЦП с блоком промежуточного преобразования значения сигнала U_ВХ в длительность импульса (временного интервала ЛИП) T_ВЫХ = K_ПЕР(U_ВХ) и блока счета количества импульсов с эталонным периодом следования t_ЭТ, заполняющих выходной интервал длительности T_ВЫХ (Рис.1).

Во втором пункте изображена передаточная характеристика данного АЦП(Рис.2)

В третьем – выявлена обратная зависимость напряжения на ёмкости интегратора

при разных значениях емкости интегратора С_инт (Рис.3), согласно формуле . U_с = Qmax/C_инт. Также была получена формульная запись K_{y u} = [5RC/(1/2f _. – 5RC)]

В четвертом задании форма получена не была.