2)Číslicové měřící přístroje
Princip převodu analogové veličiny na digitální.
Možné chyby a jejich vyjádření.
Zobrazovací jednotky – displeje.
Funkce digitálních multimetrů.
Číslicové měřící přístroje pracují na tom principu, že si měřenou veličinu převedou na analogový
napěťový signál, ten digitalizují a pak ho dál zpracovávají. Zobrazení může být jak na digitální zobrazovací
jednotce(displeje), tak na analogové.
Princip převodu analogové veličiny na digitální
Převod se skládá ze tří 4 základních částí:
1) vzorkování – v určitých intervalech, daných vzorkovací frekvencí, zjišťujeme hodnotu amplitudy
signálu. Tuhle amplitudu uchováváme až do přijmutí dalšího vzorku. Většinou je to dělané tak, že
máme tranzistor a kondenzátor zapojený jako integračního RC článek, vždycky když tranzistor sepne
tak se kondenzátor nabije přibližně na aktuální hodnotu vstupního napětí a s hodnotou napětí na tom
kondenzátoru se dál pracuje. Podle takzvaného Shannon – Kotěnikovo teorému musí být vzorkovací
frekvence minimálně dvakrát větší, než je frekvence signálu.(Proč?) Proto může být před
vzorkováním do obvodu zařazená ještě dolnofrekvenční propusť, aby se to skutečně dodrželo.
2) kvantování
vzorkováním můžeme získat nekonečné množství hodnot a tohle množství musíme kvantováním
nějak omezit, aby šel signál vůbec vyjádřit nějakým kódem. Pro počet kvantovacích hladin platí
pravidlo 2n
, kde n je počet bitů, který pak budeme mít k dispozici. Kvantovací hladiny jsou pak od
sebe vzdáleny o tzv. kvantovací krok n
U
q
2
max
= . Existuje nějaký nejmenší rozeznatelný bit LSB, to
je nejmenší hodnota(třeba 0,5V), kterou můžeme rozeznat. Stejně tak máme největší rozeznatelný
bit, MSB. Ještě se tu definuje tzv. rozlišitelnost, to si můžeme představit jako další hladinu
v polovině mezi dvěma kvantovacími hladinami. Tedy když bude například mít kvantovací hladiny
od sebe vzdálený 1V a signál bude mít velikost 0,4V tak se přiřadí k nulové kvantovací hladině,
protože ještě nepřelez první rozlišovací hladinu, ale kdyby měl už amplitudu 0,51V, tak se k té první
kvantovací hladině už přiřadí.
3) kódování – každou kvantovací hladinu vyjádříme nějakým kódem. Takže třeba když budeme mít
k dispozici osmibitové kódové slovo a nějaký vzorek přiřadíme v předchozím kroku poslední
hladině, tak ho pak číselně vyjádříme jako 11111111.
Možné chyby a jejich vyjádření
Chyby digitální přístrojů nastávají většinou při digitalizaci signálu. Jejich velikost závisí na
konstrukci A/D převodníku. Například základní chybou digitálního přístroje je kvantovací chyba, která tam
vzniká když zařazujeme vzorky do kvantovacích hladin a může mít až velikost poloviny kvantovací hladiny.
To je kvůli tomu, že vzorky který přelezou nad polovinu kvantovací hladiny, tak už přiřadíme k vyšší hladině
a ty které ještě ne, tak k nižší. A tam dochází k té ztrátě. Pak jsou tu například chyby při vzorkování, atd.,
atd., nakonec dostaneme nějakou absolutní chybu, která je u digitálních přístrojů vyjádřená 2 základními
způsoby:
a)procenty z měřené hodnoty( ± δ1) a procenty z rozsahu ( ± δ2)
př. voltmetr s rozsahem 10V ukazuje 8V, chyba je udaná ± 0,01% z údaje, ± 0,05% z rozsahu
skutečná hodnota teda může být:
( )801010050815 .,.,)( lnmax +±=+±= namíimánam procentoUprocentUUU
b)procenty z měřené hodnoty, nejmenším rozeznatelným krokem a počtem kvantizačních chyb –
digitů(=jeden digit je hodnota poslední číslice na měřáku na aktuálním rozsahu, záleží to taky na poloze
desetinné čárky)
př. voltmetr s rozsahem 10V a 5ti místným displejem ukazuje 8V, chyba je udaná ± 0,01% z údaje, ± 3
digity
Když je pětimístný displej použitý na rozsah 10V, tak ukazuje maximálně 9.9999 V.Takže hodnota jednoho
digity je 0,0001V
skutečná hodnota tedy může být:
( )000103010831 ,.,)( +±=+±= digityprocentoUUU namnam
Zobrazovací jednotky – displeje
Jedná se dnes prakticky bez výjimky o displeje z tekutých krystalů. Tyto displeje jsou složeny ze
dvou rovnoběžných skleněných destiček, mez kterými je kapalina se speciálními vlastnostmi. Na jedné
destičce jsou napařené elektrody, většinou tak, aby vytvářeli sedmisegmentové znaky. Když na elektrodách
není napětí, tak je kapalina čirá – není číslo vidět. Když přivedeme napětí na elektrody, tak se kapalina pře
elektrodami „zakalí“ – můžeme odečíst číslo. Výhodou těchto displejů je malý příkon a proto se většinou
používají v měřácích napájených bateriemi. Nevýhodou může být to že sou pasivní(nevyzařují světlo) – ve
špatném osvětlené můžou být špatně čitelné. Proto se někde používají displeje, které mají složené číslice
z diod. Oba typy displejů můžou buď být jako sedmisegmentové(číslo je tvořené ze sedmi částí), výjimečně
jako maticové. Součástí displejů je i logický obvod, který převede digitální číslo, které jsme získali při
digitalizaci signálu, na signál vhodný pro daný typ a složení displeje.
Funkce digitálních multimetrů
Mezi základní funkce patří:
1) měření napětí
2) měření proudu - I/U převodník – změří se úbytek napětí na známém odporu malé velikosti
3) měření odporu – R/U převodník – změří úbytek napětí na odporu, do kterého pustím známou
hodnotu proudu
4) měření zkratu
5) měření propustného napětí na diodách
6) měření proudového zesilovacího činitele tranzistoru h21e – do tranzistoru pustíme známou hodnotu
proudu a změříme hodnotu proudu na výstupu