Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Základní elektronické měřící přístroje III. OB21-OP-EL-ELKM-JANC-M-2-028

Metoda postupné aproximace V zájmu dosažení co nejkratší doby převodu při požadované rozlišovací schopnosti se u kompenzačních elektronických voltmetrů používá metoda postupné aproximace. Začíná se s největší změnou kompenzačního napětí a končí s nejmenší změnou tak, aby se kompenzační napětí co nejrychleji blížilo převáděnému napětí. Při této tzv. metodě postupné aproximace je hodnota převáděného napětí vyjádřena přirozeným binárním číslem, které se v průběhu převodu určuje bit po bitu počínaje nejvyšším bitem a konče nejnižším bitem.

Metoda postupné aproximace Obr. 1 Metoda postupné aproximace

Metoda postupné aproximace V klidovém stavu je zdroj taktovacích impulsů zablokován a převodník nepracuje. Převod se zahájí impulsem uzp , kterým se zdroj odblokuje a ten začne vydávat impulsy uc do registru postupné aproximace, který může být např. sestaven z posuvného a obyčejného registru. První impuls vyvolá na výstupu registru binární číslo s nejvyšším bitem jedničkovým a ostatními bity nulovými. Toto číslo se převodníkem převede na napětí uk odpovídající velikosti, které se v komparátoru porovná s převáděným napětím Ux.

Metoda postupné aproximace Výstupním signálem komparátoru vyjadřujícím výsledek porovnání se v registru na místě nejvyššího bitu buď jednička ponechá (při uk ≤ Ux) nebo se nahradí nulou (při uk > Ux); tím je určena hodnota nejvyššího bitu binárního vyjádření hodnoty Ux . Následuje druhý taktovací impuls uc , který vystaví jedničku v druhém nejvyšším bitu a tím vznikne nové binární číslo vedené na převodník čísla na napětí atd. Postup pokračuje dál, až se stanoví hodnoty všech bitů.

Metoda postupné aproximace Výstupním signálem ukp registru postupné aproximace se převod ukončí a na výstupu registru je k dispozici v paralelním tvaru číslo N udávající v přirozeném binárním kódu hodnotu napětí Ux ; možný je i sériový výstup. Celý převod trvá tolik taktovacích period, kolik má registr bitů. Správný chod převodníku vyžaduje, aby se převáděné napětí během převodu neměnilo.

Metoda postupné aproximace Je-li vstupní napětí časově proměnné, musí se před převodník zařadit paměťový vzorkovač, který vstupní napětí vzorkuje a každý odebraný vzorek podrží po dobu převodu konstantní. Převodníky s postupnou aproximací jsou k dispozici v integrovaném provedení. Na vstup převodníku se přivádí buď napětí jen jedné polarity (např. 0 až 10 V) a výstupní číslo je v binárním unipolárním kódu nebo obojí polarity (např. ±5 V) a výstupní číslo je v binárním bipolárním kódu s posunutím popř. s doplňkem.

Metoda paralelního porovnávání Nejrychlejší je převod napětí na číslo metodou paralelního porovnání (flash) s řadou známých odstupňovaných hodnot napětí, přičemž hodnoty porovnávacích napětí jsou zpravidla odstupňovány lineárně. V takovém převodníku (obrázek 2) se převáděné napětí přivádí současně (paralelně) na řadu analogových komparátorů. V jednotlivých komparátorech se převáděné napětí porovnává s porovnávacím napětím Up odlišné hodnoty. Tato porovnávací napětí jsou z referenčního napětí Ur odvozena děličem s rezistory o stejném odporu.

Metoda paralelního porovnávání Každý komparátor vydává na svém výstupu logický signál o výsledku porovnání: signál 0 při Ux > Up a signál 1 při Ux ≤ Up Soubor signálů všech komparátorů vyjadřuje velikost převáděného napětí v Johnsonově kódu. Měnič kódu zařazený za komparátory poskytuje vyjádření velikosti převáděného napětí v přirozeném binárním kódu.

Metoda paralelního porovnávání Výstupní číslo 8-bitové lze získat u převodníku, který obsahuje 255 komparátorů. Paralelní převodníky s vyšší rozlišovací schopností (s převodem na větší počet bitů) nejsou k dispozici. Paralelní převodníky napětí na číslo se používají v přístrojích, kde se klade důraz především na rychlost převodu při menších nárocích na rozlišovací schopnost; tak je tomu např. v číslicových osciloskopech.

Obr. 2 Metoda paralelního převodu

Integrační metoda Podstatou každého číslicového měření napětí je převod napětí na číslo. V číslicových voltmetrech se tento převod zpravidla dělá integrační metodou, protože účinně potlačuje časově proměnné sériové rušivé napětí doprovázející měřené stejnosměrné napětí. Výsledkem integračního měření je střední hodnota, kterou napětí přivedené na vstup voltmetru mělo během doby, po kterou probíhala jeho integrace. Základní variantou integračního převodu napětí na číslo je jednoduchý převod metodou dvojí (dvoutaktní, dvousklonné - dual slope) integrace. Podstata zapojení a funkce je zřejmá z obr. 3.

Obr. 3 Převod napětí na číslo metodou dvojité integrace

Metoda převodu napětí na kmitočet Integrační číslicové měření napětí se dá provést také tak, že se měřené napětí převede na kmitočet a ten se změří číslicově. K převodu napětí na kmitočet zpravidla slouží převodník, jehož princip ukazuje obrázek 4. Obr. 4 Převod napětí na kmitočet metodou jednoduché integrace

Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

Literatura E. Vitejček a V. Hos: Elektrické měření, SNTL Praha 1979 V. Fajt a kol.: Elektrická měření, SNTL Praha 1987 L. Bejček a kol.: Měření v elektrotechnice, FEKT VUT Brno 2003