ELEKTRONIKA Z ELEMENTAMI TECHNIKI POMIAROWEJ

PROF. JAN ZAKRZEWSKI Katedra Metrologii, Elektroniki i Automatyki AKADEMICKA 10 –STARY ELEKTRYCZNY Pok.23, tel. 237 1806 terminy zajęć 27.02, 13.03, 27.03, 24.04, 8.05, 22.05, 5.06

ELEKTRONIKA bez wielkich problemów LITERATURA Otto Liman, Horst Pelka ELEKTRONIKA bez wielkich problemów WZMACNIACZE OPERACYJNE TECHNIKA CYFROWA AUTOMATYKA Zakrzewski J.: Podstawy Miernictwa dla Kierunku Mechanicznego. Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice, 2004 Kaźmiekowski M., Wójciak A.: UKŁADY STEROWANIA I POMIARÓW W ELEKTRONICE PRZEMYSŁOWEJ Horowitz P. ,Hill W. : Sztuka elektroniki. T. 1 i 2

ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKACJA ELEKTRONIKA PRZEMYSŁOWA ENERGOELEKTRONIKA POMIARY, AUTOMATYKA, ROBOTYKA

TRANZYSTOR p-n-p IC 10mA IB =20 µA BAZA KOLEKTOR EMITER + IB =15 µA 5mA - IB =10 µA IB =5 µA UCE

Przetworniki analogowo-cyfrowe UKŁADY CYFROWE UKŁADY ANALGOWE Generatory Bramki logiczne Wzmacniacze Liczniki Filtry Procesory Przetworniki analogowo-cyfrowe Cyfrowe przetwarzanie informacji jest dogodniejsze, gdyż jest mniej podatne na zakłócenia, prostsze, tańsze i szybsze.

ANALOGOWE UKLADY ELEKTRONIKI POMIAROWEJ

ŹRÓDŁA I U E

PRĄDY ZMIENNE

PRĄDY PRZEMIENNE Im M ψ Re

ANALIZA OBWODÓW PRĄDU PRZEMIENNEGO

WZMACNIACZ OPERACYJNY U1 R1 I - + UWE A U2

- + A UWE U2 R2 U1 R1 I R3 R5 U3 U5

- + A U2 R2 U1 R1 I

- + A U2 U1 UWE Wtórnik Transformator impedancji

- + A UWE U2 R2 U1 R1 I

PARAMETRY WZMACNIACZY OPERACYJNYCH f k Wzmocnienie otwartej pętli A Częstotliwość graniczna Rezystancja wejściowa Rezystancja wyjściowa Napięcie wyjściowe (zasilania) CMRR- Common Mode Rejection Ratio (WTSW –Współczynnik tłumienia składowej wspólnej) Napięcie niezrównoważenia, prądy polaryzacji, napięcie dryfu termicznego i inne psuje

- + R2 Zasilanie napięciowe RM(1-δ) RM(1+δ) UM CMRR =100 dB UM = Uz δ

WZMACNIACZ CAŁKUJACY C - + U2 U1 R1 I II

ω φ ω CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE 10 1 10000 0,01 100 1000 0,001 0,1 ω 10 1 0,001 0,01 10000 1000 100 φ ω 90°

WZMACNIACZ CAŁKUJACY ? - + U2 U1 R1 I II C R2

ω φ ω FILTR DOLNOPRZEPUSTOWY 10 1 10000 0,01 100 1000 0,001 0,1 45° 90° 45°

ω + - U1 U2 FILTR DOLNOPRZEPUSTOWY 1-go rzędu 2-go rzędu 3-go rzędu 10 0,1 ω 10 1 0,001 0,01 10000 1000 100 FILTR DOLNOPRZEPUSTOWY 3-go rzędu 2-go rzędu 1-go rzędu U2 U1 + -

ω + U1 - U2 FILTR GÓRNOPRZEPUSTOWY 1-go rzędu 2-go rzędu 3-go rzędu 10 0,1 ω 10 1 0,001 0,01 10000 1000 100 FILTR GÓRNOPRZEPUSTOWY 3-go rzędu 2-go rzędu 1-go rzędu U2 U1 + -

ω + - U1 U2 FILTR ŚRODKOWOPRZEPUSTOWY 1-go rzędu 2-go rzędu 3-go rzędu 0,1 ω 10 1 0,001 0,01 10000 1000 100 3-go rzędu 1-go rzędu 2-go rzędu U2 U1 + -

A C1 U2 U1 + - R1 R2 C2 Dolnoprzepustowy U2 U1 + - Górnoprzepustowy U2 U1 + - Środkowoprzepustowy

WŁASCIWOŚCI FILTRÓW DOLNOPRZEPUSTOWYCH FILTR BUTTERWORTHA – maksymalnie płaska charakterystyka modułu transmitancji częstotliwościowej, duża wrażliwość na zmiany wartości elementów filtru FILTR CZEBYSZEWA –charakterystyka modułu transmitancji częstotliwościowej wykazuje zafalowania, ale powyżej częstotliwości załamania jest bardzo stroma FILTR BESSELA (THOMSONA) – maksymalnie liniowa charakterystyka fazy transmitancji częstotliwościowej co powoduje niezniekształcanie przebiegu i poprawną odpowiedź na sygnał skokowy

GENERACJA NAPIĘĆ PRZEMIENNYCH Generator z mostkiem Wiena U2 + - Dodatnie sprzężenie zwrotne L C U2

PARAMETRY GENERATORÓW Kształt przebiegu (sinusoidalny -LC, prostokątny –generator relaksacyjny - RC) Częstotliwość (akustyczne, radiowe, w.cz.) Przestrajanie częstotliwości (VCO) Poziom zniekształceń ( w % zaw.harmonicznych) Moc wyjściowa Napięcie wyjściowe

PRZETWARZANIE ANALOGOWO-CYFROWE WARTOŚĆ SYGNAŁU LICZBA Kondycjonowanie sygnału Próbkowanie Kwantowanie Kodowanie Wzmacnianie Filtracja S&H Tw. Shannona Przetworniki Szybkość działania Rozdzielczość Liczniki k 1325 10100101101 k+1 1320 10100101000 k+2 1334 10100110110 k+3 1353 10101001001   k+4 1374 10101011110 k+5 1361 10101100001 I I I II I . . . . . . . . . . . k k+1 Δt

Przetwarzanie A/C i C/A Próbkowanie Kwantowanie (rozdzielczość) Kodowanie Przesył, przetwarzanie Dekodowanie (odstęp próbkowania)

PRZETWARZANIE ANALOGOWO-CYFROWE . . . . . . . . . . . k k+1 Δt t f gw fgr

TWIERDZENIE SHANNONA gw f Δt małe = gęste próbkowanie 2/Δt 1/Δt gw f 3/Δt 2/Δt 1/Δt Δt duże = rzadkie próbkowanie

Przetwornik z podwójnym całkowaniem - + U2 U0 R II C UM UM >UM U2 tC1 = const t U2

tC1 = const = 20ms UM >UM U2 t Przetwornik z podwójnym całkowaniem - + U0 R II C UM tC2 > tC2 tC2 tC2 N N N > N

Przetwornik kompensacyjny UK Układ sterowania stykami UM + - L H UMAX

UM Przetwornik kompensacyjny – zasada pracy UM ± q q = U0

Układ próbkująco - pamiętający S&H Przetworniki S&H Przetworniki całkujące (uśredniające)

Przetwornik typu FLASH Bardzo szybki, do 1500 MS/s (milionów próbek na sek.) MAX 108

Przetwornik sigma – delta zegar GIW C fCLK TWZ licznik R1 B B Q D UM R2 Ti – b. krótki impuls rozładowujący UK AD7710

Parametry przetworników a/c Zakres przetwarzanych napięć – zwykle 0-10V lub 0- 5V lub –5V do +5V Rozdzielczość – wyrażana w bitach lub w wartościach LSB Szybkość działania – wyrażana w cyklach na sekundę Nieliniowość całkowa i różniczkowa