Параллельные АЦП

Большинство высокоскоростных осциллографов и некоторые высокочастотные измерительные приборы используют параллельные АЦП из-за их высокой скорости преобразования

Рисунок 2 – Схема лабораторного блока

«Параллельный АЦП»

Рисунок 2 показывает упрощенную блок-схему 4-х разрядного параллельного АЦП (для преобразователей с большим разрешением принцип работы сохраняется), установленного на лабораторном стенде.

Здесь используется массив компараторов, каждый из которых сравнивает входное напряжение с индивидуальным опорным напряжением. Такое опорное напряжение для каждого компаратора формируется на встроенном прецизионном делителе. Для 4-х разрядного АЦП требуется 2⁴-1 или 15 компараторов. В данном лабораторном стенде представлен сокращенный вариант – 9 компараторов.

С увеличением входного напряжения компараторы последовательно устанавливают свои выходы в логическую единицу вместо логического нуля, начиная с компаратора, отвечающего за младший значащий разряд. Можно представить преобразователь как ртутный термометр: с ростом температуры столбик ртути поднимается.

Шифратор (CD) преобразует (2⁴ - 1) - разрядное цифровое слово с выходов компараторов в двоичный 4-х разрядный код.

4. Схема измерений:

Рисунок 3 – Схема измерений

5. Порядок работы:

1. Поставить мультиметр в режим измерения постоянного напряжения.

2. Подключить мультиметр, при помощи соединительных проводов, к входу U_ОП АЦП.

3. С помощью регулировки U_ОП получить опорное напряжение 10 В.

4. Выставить на источнике питания напряжение 0 В.

5. Подключить источник питания на вход АЦП.

6. Изменяя U_вх получить изменение цифрового индикатора DC на 1.

7. Измерить при помощи мультиметра напряжение на выходе источника питания.

8. Провести измерения для всех значений U_АЦП.

9. Полученные данные занести в таблицу 1

Таблица 1

UАЦП,В
Uист, В
Uмульт,В
∆U, В
δ, %

10. Расчёт погрешностей производить по формулам:

где:

∆U – абсолютная погрешность

U_мульт – напряжение на выходе источника питания, измеренное при помощи мультиметра

U_АЦП – значение на цифровом индикаторе DC

δ – относительная погрешность;

∆U – абсолютная погрешность;

U_мульт – напряжение на выходе источника питания, измеренное при помощи мультиметра

11. Построить график нелинейности преобразования напряжения блоком АЦП: .

12. Состояние компараторов и выходные сигналы АЦП занести в таблицу

Таблица 2

Входное напряжение

Входы шифратора (CD)

Выходы CD

Uист, В

К9

К8

К7

К6

К5

К4

К3

К2

K1

Q3

Q2

Q1

Q0

13. Выставить опорное напряжение U_ОП=5 В. Полученные данные занести в таблицу 3.

Таблица 3

UАЦП,В
Uист, В
Uмульт,В
∆U, В
δ, %

Что изменилось в показаниях АЦП при U_ОП=5 В. Сделать вывод.

6. Содержание отчета:

а) наименование работы и цель работы;

б) технические данные измерительных приборов;

в) схема измерений;

г) результаты измерений, занесенные в таблицы;

д) примеры расчетов погрешностей;

е) график нелинейности преобразования напряжения блоком АЦП;

ж) выводы по работе

7. Контрольные вопросы:

1. Что такое АЦП, для чего он предназначен?

2. Области применения АЦП?

3. Какие типы АЦП существуют.