Instrumentație Electronică de Măsură

Dr. ing. Octaviana Datcu

Acumulare puncte: [1] Laborator (30p) ham.elcom.pub.ro/iem-lab

9/25/2017 2

.

[2] Exerciții (10p, dacă sunt scanate SAU 20p, dacă sunt scrise în LaTeX)

• Lista de exerciții: http://ham.elcom.pub.ro/~od/iem/Aplicatii_IEM_2017_26 va fi actualizată.• Deadline-urile vor fi anunțate pentru fiecare temă în parte.• Un tutorial pentru LaTeX: https://www.latex-tutorial.com/tutorials/, accesat pe 24.09.2017.

[3] Examen final (50p)

• exerciții ca cele rezolvate la curs, date ca temă sau parcurse în cadrul laboratorului

[4] Activitate curs (10p)

• La unele cursuri vă voi cere să rezolvați mici exerciții ca cele discutate în cursul curent.

[5] Proiect Matlab-Simulink (25p): Construirea unui CNA/CAN, osciloscop, voltmetru, multimetru, generator de semnal, analizor de spectru:

1. Schema, cu indicarea sursei bibliografice de unde provine aceasta; (2p)2. Reproducerea schemei în Matlab-Simulink; (8p)3. Testarea funcționalității, cu menționarea problemelor întâlnite și cu soluțiile găsite; (8p)4. Redactarea în LaTeX, cu includerea și comentarea rezultatelor. (7p)

Acumulare puncte:

9/25/2017 3

Studenți la diferențe

• Echivalez laboratorul cu nota >5;• Restul condițiilor sunt cele de anul acesta.• e-mail pentru înscriere: od@elcom.pub.ro

Condiții obligatorii

• Promovarea laboratorului (nota>5)• Nota>5 la examenul final (cel puțin 25p)

9/25/2017 4

Capitole studiate:

1. CNA și CAN2. Osciloscopul numeric3. Măsurarea tensiunilor4. Măsurarea impedanțelor 5. Generatoare de semnal6. Analizoare de spectru

9/25/2017 5

Osciloscoape

• CAN-urile sunt folosite pentru procesarea, stocarea și transportul semnalelor în formă digitală.• DSO (digital storage oscilloscopes) necesită CAN-uri foarte rapide.

Fig. 1. CAN de tip Flash [FlashADC]. Fig. 2. CAN Flash pipeline.9/25/2017 6

Voltmetre

• CAN-urile integratoare (simplă-pantă (SP) sau dublă-pantă (DP)) aplică tensiunea necunoscută la intrareaunui AO integrator și permite tensiunii să crească/scadă pentru un timp cunoscut (numit timpul de integrare).FAZA 1

• Apoi, o tensiune de referință cunoscută, de polaritate diferită, se aplică integratorului și i se permite săscadă/crească până când integratorul se întoarce la zero. FAZA 2

• Tensiunea de intrare este exprimată ca funcție de tensiunea de referință, timpul de integrare și timpulnecunoscut din faza 2.

• Astfel de CAN-uri sunt liniare și flexibile sunt folosite în cele mai multe dintre voltmetrele digitale.

Fig. 2. AO integrator [AOint]. Fig. 3. CAN dublă-pantă [Culegere].

9/25/2017 7

Măsurarea impedanțelor

Fig. 5. LCR-metrul IM3536 și schema bloc [LCRmeter].9/25/2017 8

Direct Digital Synthesizer

Convertor curent-

tensiune

DeviceUnder Test

9/25/2017 9

Fig. 6. Schema bloc a unui Direct Digital Synthesizer (DDS) din [DDSgen].

Generatoare de semnal

Fig. 6. Schemă bloc a unui analizor de spectru [AnalizSpectr].

Analizoare de spectru

Fig. 7. Schemă simplificată a unui CAN cu aproximări succesive [SARADC].

CNA-uri în componența CAN-uri

9/25/2017 10

9/25/2017 11

1.1. Conversia numeric-analogic (CNA/ DAC)

Arhitecturi de CNA-uri

1. CNA cu reţea rezistivă1.1.cu rezistenţe ponderate1.2. cu rezistenţe R-2R

2. CNA fără reţea rezistivă

9/25/2017 12

1.1. CNA cu rezistenţe ponderate [1]

Fig. 8. CNA cu rezistențe ponderate (binary-weighted-input DAC). [WeightedDAC] 9/25/2017 13

1.1. CNA cu rezistenţe ponderate [2] – CNA în stea

Fig. 8. CNA cu rezistențe ponderate(binary-weighted-input DAC).

9/25/2017 14

Relația de conversie:

n

k

k

k

n

k

k

kREFOUT

bN

bVNV

1

1

2

2)(

Binar natural (BN)

Tensiunea de referință

Numărul de biți

VNV

VVVVNV

OUT

REF

n

REF

n

REF

n

k

k

REFOUT

0|)(

2)21(2|)(

min

1

min

Convertor unipolar

12

2

2

REFMSB

n

REF

LSB

REFREF

n

REFCS

VV

VV

VVVV

1.2. CNA cu rezistenţe R-2R – CNA în scară

Fig. 9. CNA în scară [LadderDAC].

9/25/2017 15

Studiu de caz: DAC08 8-Bit D/A Converter [DAC08] (1)

Fig. 11. Diagrama funcțională a DAC08, Analog Devices [DAC08].

Relația de conversie:

kk

k

k

k

REF

OUT

k

k

k

REF

OUT

bbbR

VI

bR

VI

1;2

;2

8

1

8

1Fig. 12. Dispunerea pinilor pe capsula IC-ului DAC08 [DAC08].

9/25/2017 16

DAC08 8-Bit D/A Converter [DAC08] (2)

9/25/2017 17

Fig. 13. Convertor unipolar, cu ieșire negativă [DAC08].

Pentru CNA-ul cu ieșire în tensiune din Fig. 13, determinați valorilecurenților de ieșire ��, ��� și ale tensiunilor ��, �� pentru valorileintrării digitale di Tabelul I. Decideți polaritatea convertorului.

NH ��[mA] ��� [mA] ��[V] ��[V]

FF 1.992 0.000 -9.960 -0.000

81 1.008 0.984 -5.040 -4.920

80 1.000 0.992 -5.000 -4.960

7F 0.992 1.000 -4.960 -5.000

01 0.008 1.984 -0.040 -9.920

00 0.000 1.992 0.000 -9.960

NH b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8

FF 1 1 1 1 1 1 1 1

81 1 0 0 0 0 0 0 1

80 1 0 0 0 0 0 0 0

7F 0 1 1 1 1 1 1 1

01 0 0 0 0 0 0 0 1

00 0 0 0 0 0 0 0 0

Tabelul I. Intrări digitale pentru CNA-ul din enunț.

SOLUȚIE: • Redesenăm schema, figurând sensul tensiunilor;• Ne amintim că ieșire ��și��� ausensulînspreDAC08;• Folosim relațiile de conversie pt. DAC08 (vezi slide 16)

pentru a calcula valorile ��și��� și teorema 2 a lui Kirchhoff relațiile de conversie pentru ��și��:

.5)()(;5)()(

;2)(;2)(8

1

8

1

kNINEkNINE

bINIbINI

ooOO

k

k

kREFo

k

k

kREFO

Bibliografie

[AOint] https://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier_applications#Integrator, accesat pe 23.09.2017.[Culegere] Robert-Alexandru Dobre Alina-Elena Marcu, Culegere de probleme rezolvate instrumentație electronică de măsură,Universitatea Politehnica din București 2016 ,accesat online (http://ham.elcom.pub.ro/iem/files/Culegere_IEM.pdf) pe23.09.2017.[FlashADC] https://en.wikipedia.org/wiki/Flash_ADC#Benefits_and_drawbacks, accesat pe 23.09.2017.[PipelinedADC] https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/1023, accesat pe 23.09.2017.[LCRmeter] https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/1023, accesat pe 23.09.2017.[DDSgen] http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/all-about-direct-digital-synthesis.html, accesat pe 23.09.2017.[AnalizSpectr] accesat online (http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5992-1243EN.pdf?id=2676312) pe 23.09.2017.[SARADC] https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-analog-to-digital-converters-the-successive-approximation-reg/[DAC08] http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/DAC08.pdf[WeightedDAC] https://www.allaboutcircuits.com/textbook/digital/chpt-13/r-2nr-dac/[LadderDAC] https://www.allaboutcircuits.com/textbook/digital/chpt-13/r-2r-dac/

9/25/2017 18