ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ

Transcript

1 ΘΕΩΡΙΑ Περιεχόμενα 1ο Μέρος ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΜΕΤΡΗΤΙΚΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ Εισαγωγή Ακρίβεια (Αccuracy) Παράδειγμα Παράδειγμα Σαφήνεια (Precision) Διακριτική ικανότητα (Resolution) Γραμμικότητα (Linearity) ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΙ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ Εισαγωγή Αρνητική ανάδραση στους Τ.Ε Ο ιδανικός Τ.Ε Ιδανικό μοντέλο Τ.Ε. με ανάδραση Μοντέλο T.E. εξαρτώμενο από τη συχνότητα Ανάδραση σε μοντέλο Τ.Ε. εξαρτώμενο από τη συχνότητα Χαρακτηριστικές παράμετροι Τ. Ε Περιοχή τάσης κοινού σήματος εισόδου ( VICR ) Τάση ασυμμετρίας εισόδου (VIO) Ρεύμα πόλωσης εισόδου ( IB ) Ρεύμα ασυμμετρίας εισόδου (IIO) Τάση εξόδου λόγω ασυμμετρίας εισόδου (VΟΟ) Αντιστάθμιση της ασυμμετρίας εισόδου Σύνθετη αντίσταση εισόδου ( ZIN ) Χωρητικότητα εισόδου CIN Αντίσταση εισόδου RIN Ισοδύναμος θόρυβος εισόδου ( VN, IN ) Σύνθετη αντίσταση εξόδου (ZΟ) Ρυθμός μεταβολής εξόδου (SR) Λόγος απόρριψης κοινού σήματος (CMRR) Εύρος ζώνης ( BW ) Γινόμενο κέρδους εύρους ζώνης (GBP) Περιθώριο φάσης ( m) Περιθώριο κέρδους (Am) Μέγιστη μεταβολή της τάσης εξόδου (VOM) Λόγος απόρριψης της τάσης τροφοδοσίας (PSRR)

2 Ενίσχυση διαφορικής τάσης μεγάλου σήματος (AVD) Δυναμική περιοχή εξόδου και οδήγηση φορτίων Τροφοδοσία Τ.Ε Είδη Τελεστικών Ενισχυτών Διπολικοί (Bipolar) Τ.Ε BiFET Τ.Ε CMOS Τ.Ε Επιλογή Τ.Ε ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΙ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΑΠΛΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ Σύγκριση Τ.Ε. συμμετρικής τροφοδοσίας με Τ.Ε. απλής τροφοδοσίας Τεχνικές πόλωσης σήματος για Τ.Ε. απλής τροφοδοσίας os Τρόπος: Με κοινό σημείο την τάση αναφοράς ος Τρόπος: Εφαρμόζοντας την τάση αναφοράς μόνο στη μη αναστρέφουσα είσοδο ος Τρόπος: Με προσθήκη πυκνωτή σε σειρά με την πηγή σήματος ος Τρόπος: Με προσθήκη πυκνωτών σε σειρά με την πηγή και το φορτίο Επίλυση κυκλωμάτων Τ.Ε. απλής τροφοδοσίας με γραμμική συνάρτηση μεταφοράς η Περίπτωση VOUT VIN η Περίπτωση VOUT VIN η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ VOUT VIN η Περίπτωση VOUT VIN ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΣΗΜΑΤΟΣ Εισαγωγή Μετατροπείς από τάση σε τάση (V/V converters) Μη αναστρέφων ενισχυτής Αναστρέφων ενισχυτής Μετατροπείς από ρεύμα σε τάση (I/V converters) I/V μετατροπέας με πολλαπλασιαστή αντίστασης Μετατροπείς από τάση σε ρεύμα (V/I converters) V/I μετατροπέας για ελεύθερα φορτία (floating loads) V/I μετατροπέας για φορτία με το ένα άκρο στη γείωση (grounded loads) V/I μετατροπέας για φορτία με το ένα άκρο στην τροφοδοσία (supply loads) Μετατροπείς από ρεύμα σε ρεύμα (I/I converters) Ι/Ι μετατροπείς για ελεύθερα φορτία I/I μετατροπείς για δεσμευμένα στο ένα άκρο φορτία

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑΣ Εισαγωγή Διαφορικός ενισχυτής Διαφορικός ενισχυτής με συμμετρική τροφοδοσία Διαφορικός ενισχυτής με μονοπολική τροφοδοσία Ενισχυτής οργανολογίας με δύο Τ.Ε Ενισχυτής οργανολογίας με δύο Τ.Ε και συμμετρική τροφοδοσία Ρύθμιση του κέρδους με τη ρύθμιση μιας αντίστασης Με μονοπολική τροφοδοσία Ενισχυτής οργανολογίας με τρεις Τ.Ε Ενισχυτής οργανολογίας με τρεις Τ.Ε και συμμετρική τροφοδοσία Ενισχυτής οργανολογίας με τρεις Τ.Ε και μονοπολική τροφοδοσία Ενισχυτής οργανολογίας με τέσσερις Τ.Ε Ολοκληρωμένο κυκλώμα ενισχυτή οργανολογίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΗΓΕΣ ΤΑΣΗΣ ΠΗΓΕΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΑΝΑΦΟΡΑΣ Πηγές τάσης αναφοράς Πηγή τάσης αναφοράς απλής διόδου ΖΕΝΕR Πηγές τάσης αναφοράς με Τ.Ε Συνάρτηση μεταφοράς πηγής τάσης Πηγές ρεύματος αναφοράς Πηγές ρεύματος για ελεύθερα φορτία (Floating loads) Πηγές ρεύματος για δεσμευμένα φορτία Φορτία με το ένα άκρο στην τροφοδοσία (Supply loads) Φορτία με το ένα άκρο στη γείωση (Grounded loads) Συνάρτηση μεταφοράς πηγής ρεύματος ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΕΙΣ ΣΗΜΑΤΟΣ Εισαγωγή Διέγερσης πηγής τάσης Διαιρέτες τάσης Ποτενσιομετρικές διατάξεις Διέγερσης πηγής ρεύματος Γεφυρα ωμικών αντιστάσεων (DC) Συνθήκη συμμετρίας της γέφυρας DC Συνθήκες ασυμμετρίας της γέφυρας DC Γέφυρα τροφοδοτούμενη από πηγή τάσης Γέφυρα τροφοδοτούμενη από πηγή ρεύματος Προσαρμογή και ενίσχυση γεφυρών DC Γραμμικοποίηση γεφυρών DC σε ασυμμετρία

4 7.6 Γέφυρα AC Μέτρηση χωρητικότητας και απωλειών πυκνωτών Γέφυρα De Sauty Γέφυρα SCHERING Μέτρηση αυτεπαγωγής και αντίστασης απωλειών πηνίων Γέφυρα MAXWELL Γέφυρα HAY Γέφυρες ΑC σε ασυμμετρία Γέφυρα De Sauty σε ασυμμετρία Γέφυρα De Sauty σε ασυμμετρία με ΤΕ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΟΣ Ανορθωτές ακριβείας Δίοδος ακριβείας Ημιανορθωτής ακριβείας Ανορθωτής ακριβείας πλήρους κύματος Απεικόνιση της εξόδου Κυκλώμα δειγματοληψίας και συγκράτησης (S/H) Χαρακτηριστικά μονολιθικού ολοκληρωμένου. κυκλώματος S/H Ανιχνευτής κορυφής Μετατροπείς συνθέτων αντιστάσεων Πολλαπλασιαστής χωρητικότητας Πολλαπλασιαστής αυτεπαγωγής (Gyrator) ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Εισαγωγή Πομπός ρεύματος 4-20mA δύο αγωγών Πομπός ρεύματος 4-20mA τριών αγωγών Βαθμίδα μετατροπής από 4-20mA σε 0-5V ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΑΠΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟ ΣΕ ΨΗΦΙΑΚΟ ΣΗΜΑ (ADC) Σύστημα επεξεργασίας δεδομένων Θεώρημα δειγματοληψίας Ιδανική Δειγματοληψία Πραγματική Δειγματοληψία Επιδράσεις παραποίησης του σήματος εισόδου Δειγματοληψία και συγκράτηση Χαρακτηριστικές παράμετροι ενός A/D μετατροπέα Συνάρτηση μεταφοράς ενός A/D μετατροπέα Διακριτική ικανότητα (Resolution)

5 Χρόνος μετατροπής (Conversion time) ή Ρυθμός δειγματοληψίας (Sampling rate) Σφάλμα απόκλισης εκκίνησης (Offset error) Σφάλμα κέρδους (Gain error) Σφάλμα Διαφορικής μη γραμμικότητας (Differential nonlinearity error ) Σφάλμα ολοκληρωτικής μη γραμμικότητας (Integral nonlinearity) Απόλυτο (ή Ολικό) Σφάλμα Ακρίβειας (Absolute accuracy error) Σφάλμα παραθύρου (Aperture error) Λόγος σήματος προς θόρυβο (Signal to noise ratio) Είδη μετατροπέων από αναλογικό σε ψηφιακό σήμα Μετατροπείς ολοκλήρωσης (Integration ADC) Μετατροπείς Σίγμα-Δέλτα (Σ-Δ ADC) Μετατροπείς διαδοχικών προσεγγίσεων (Successive approximation register ADC) Παράλληλοι μετατροπείς (Flash ADC) Ημιπαράλληλοι μετατροπείς (Semiflash or Subranging ADC) Μετατροπείς καναλιού Ν βαθμίδων (N Stages pipelined ADC) ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΑΠΟ ΨΗΦΙΑΚΟ ΣΕ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟ ΣΗΜΑ (DAC) Χαρακτηριστικά D/A μετατροπέων Συνάρτηση μεταφοράς ενός D/Α μετατροπέα Χρόνος αποκατάστασης ενός D/A μετατροπέα (Settling time) Σφάλμα απόκλισης εκκίνησης (Offset error) Σφάλμα κέρδους (Gain error) Σφάλμα Διαφορικής μη γραμμικότητας (Differential nonlinearity error ) Σφάλμα ολοκληρωτικής μη γραμμικότητας (Integral nonlinearity) Απόλυτο (ή Ολικό) Σφάλμα Ακρίβειας (Absolute accuracy error) Είδη μετατροπέων από ψηφιακο σε αναλογικό σήμα (DAC) Μετατροπέας κλιμακωτών αντιστάσεων (Resistor string DAC) Μετατροπέας οδήγησης ρεύματος (Current Steering DAC)