Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

Установить, какие составляющие динамической погрешности оказывают доминирующее влияние на динамическую точность АЦП, и оценить количественное соотношение этих составляющих.

Разработать способы повышения динамической точности АЦП.

Исследовать технические возможности устройств, реализующих предложенные способы.

Разработать методику и технические средства измерения динамической погрешности АЦП высокого и сверхвысокого быстродействия.

Экспериментально исследовать устройства, реализующие предложенные способы, и создать АЦП с повышенной динамической точностью.

Уменьшение числа компараторов.

Увеличение скорости переключения сигналов на входах компараторов.

57. Основными параметрами элементов и цепей с сосредоточенными постоянными являются сопротивления резисторов, емкость конденсаторов, тангенс угла потерь конденсаторов, индуктивность и добротность катушки; взаимоиндуктивность двух катушек; сопротивление колебательного контура (цепи).

Контроль и измерение электрических параметров вызваны необходимостью отбора отдельных элементов при создании и испытании различных радиоэлектронных устройств. Каждый год появляются новые материалы, из которых изготавливаются резисторы, конденсаторы, катушки. Потребность в приборах с различными нижними и верхними пределами неуклонно растет.

Измерение параметров элементов и цепей может быть прямое и косвенное. Прямые измерения выполняются методами непосредственной оценки; косвенные - вольтметром и амперметром, методами сравнения.

Полное сопротивление цепи Z зависит от частоты питающего тока. В общем случае полное сопротивление цепи - комплексная величина. Косвенное измерение полного сопротивления можно осуществить с помощью амперметра и вольтметра. Значение модуля комплексного сопротивления z определяется по формуле z = U/I, где U и I - среднеквадратические значения напряжения и тока, измеренные приборами. Этим способом пользуются при измерении на переменном токе частотой 50 Гц или звуковой частотой. С помощью амперметра и вольтметра измеряются сопротивление R, индуктивность L и емкость С, если измеряемое сопротивление активное либо реактивное, т. е. если R = U/I или Х_с = 1/(ω С) = U/I.

Погрешность измерения составляет ±(0, 5-1, 5)% при использовании приборов класса точности 0, 2 или 0, 5; при измерении приборами невысокого класса точности она равна ±(5-10)%. Сопротивления R, Х_с могут быть измерены по показаниям одного прибора: амперметра, измеряющего ток в цепи при U = const, или вольтметра, измеряющего падение напряжения на сопротивлении при I = const. Измерение сопротивления R амперметром реализуется в электромеханическом омметре, а вольтметром - в электронном омметре.

Измерения R, L, С осуществляют с помощью различных мостов и резонансных измерителей.

Выбор метода и прибора для измерения параметров компонентов и цепей с сосредоточенными постоянными определяется характером и значением измеряемого параметра, требуемой точностью, диапазоном рабочих частот и приложенного напряжения, температурой и т. п.

(СМ. лабу с таким названием)

58. Входное напряжение амперметра должно стремиться к 0, т. к. это из закона Ома I= . Если входное напряжение будет большим, то амперметр не даст точного показания (измерение не будет иметь значения), сила тока будет мала.
Входное напряжение вольтметра должно стремиться к бесконечности, также из закона Ома U=(R+r)*I, чем больше входное сопротивление, тем больше напряжение.

Всякий вольтметр включается параллельно тому участку цепи, напряжение на котором мы хотим измерить (рис. 89),

Рис. 89

и поэтому на него ответвляется некоторый ток от основной цепи. При его включении и ток и напряжение в основной цепи несколько изменяются, так как теперь мы имеем уже другую цепь проводников, состоящую из прежних проводников и вольтметра. Присоединив, например, вольтметр с сопротивлением параллельно лампочке, сопротивление которой равно , мы найдем по формуле (50.5) их общее сопротивление :

. (54.1)

Чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением лампочки , тем меньше отличается общее их сопротивление от и тем меньше искажение, вносимое вольтметром. Мы видим, что вольтметр должен иметь большое сопротивление. Для этого последовательно с его измерительной частью (рамкой, нагревающейся нитью и т. д.) нередко включают дополнительный резистор, имеющий сопротивление несколько тысяч Ом (рис. 90).

Рис. 90. К вольтметру присоединяется последовательно дополнительное сопротивление

В противоположность вольтметру, амперметр всегда включают в цепь последовательно. Если сопротивление амперметра равно , а сопротивление цепи равно , то при включении амперметра сопротивление цепи становится равным

. (54.2)

Для того чтобы амперметр не изменял заметно общего сопротивления цепи, собственное его сопротивление, как следует из формулы (54.2), должно быть малым по сравнению с сопротивлением цепи. Поэтому амперметры делают с очень малым сопротивлением (несколько десятых или сотых долей Ома).

59. Важным примером применения последовательного и параллельного соединения проводов являются различные схемы включения электроизмерительных приборов. Допустим, что имеется некоторый амперметр, рассчитанный на максимальный ток , а требуется измерить большую силу тока. В этом случае параллельно к амперметру присоединяют малое сопротивление , по которому направится большая часть тока (рис. 91). Его называют обычно шунтом (от английского слова shunt – добавочный путь). Обозначим сопротивление амперметра через , и пусть в раз больше , т. е. . Пусть, далее, силы тока в цепи, амперметре и в шунте равны соответственно и . Тогда, согласно формуле (50.4),

, или .

Рис. 91. Схема шунтирования амперметра добавочным малым сопротивлением

Полный ток в цепи равен

,

или

. (55.1)

Таким образом, сила тока в амперметре в раз меньше силы тока в главной цепи. Следовательно, благодаря шунту мы можем измерить с помощью нашего прибора токи, в раз большие, чем те, на которые он рассчитан. При этом, однако, прибор регистрирует только часть измеряемого тока, т. е. чувствительность его уменьшена в раз. Цена каждого деления амперметра при этом увеличивается в раз. Если, например, без шунта определенное отклонение стрелки амперметра соответствовало силе тока 1 А и сопротивление шунта в четыре раза меньше сопротивления амперметра, то при наличии шунта то же отклонение соответствует силе тока в цепи, равной уже 5 А. Обычно подбирают шунты так, чтобы цена деления увеличивалась в 10, 100, 1000 раз. Для этого сопротивление шунта должно составлять , , от сопротивления амперметра. Вообще, если мы хотим уменьшить чувствительность прибора в раз, то мы должны взять шунт с сопротивлением

. (55.2)

Параллельное присоединение шунта к измерительному прибору с целью изменения его чувствительности называют шунтированием.

60.

Шунт является простейшим измерительным преобразователем тока в напряжение. Он представляет собой четырехзажимный резистор. Зажимы, к которым подводится ток I, называются токовыми, а зажимы, с которых снимается напряжение U потенциальными (рис.1). К потенциальным зажимам обычно присоединяется выходной прибор.

Шунт характеризуется номинальным значением входного тока I_ном и номинальным значением выходного напряжения U_ном. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта

Рис.1. Схема соединения измерительного механизма с шунтом

Шунты применяются для расширения пределов измерения амперметров, при этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую – через измерительный механизм (ИМ) прибора.

На рис.1 показана схема включения магнитоэлектрического механизма с шунтом R_ш. Ток I_и, протекающий через измерительный механизм, связан и измеряемым током I зависимостью

, (1)

где R_и – сопротивление измерительного механизма.

Если необходимо, чтобы ток I_и был в n раз меньше тока I, то сопротивление шунта должно быть

, (2)

где - коэффициент шунтирования.

Номинальный ток шунтов может иметь значение от нескольких миллиампер до нескольких тысяч ампер. Шунты на малые токи выполняются в виде катушек или спиралей из манганинового провода, шунты на большие токи – в виде манганиновых пластин.