Az analóg-digitális átalakítás elve:
Az analóg-digitális átalakítás két jellegzetes szakaszra bontható: mintavételre és digitá-lis kódolásra. Azokban az átalakítókban, amelyekben mérés közben a vett minta nagysága nem változhat meg, külön áramkörrel a szinttartásról is gondoskodni kell.
A mintavétel bizonyos időközönként történik, amelyet az átalakítóra jellemző átalakítási vagy konverziós idő határoz meg. A konverziós idő az átalakító működési módjától függően lehet állandó érték, de a mért feszültség nagyságával arányosan növekvő is.
A mintavételezés folyamata során a mérendő és folytonos analóg mennyiséget – általá-ban feszültséget – tartományokra (egységekre) bontjuk. Az egységek lehetnek azonosak, de különböző nagyságúak is.
Az A/D átalakító azt állapítja meg, hogy a mért mennyiség hányszorosa az egységnek, vagyis a mért mennyiség mérőszámát adja. Ha a mérőszámot nem lehet a kvantum egész számú többszörösével kifejezni, akkor az átalakító a hozzá legközelebb eső számhoz kerekít, és a mérési elvből származó hiba keletkezik, amelyet a kijelző utolsó számjegyénél a 1 digites eltérés fejez ki. A hiba arányos a kvantum nagyságával, különböző nagyságú kvantu-mok esetén a legkisebb kvantumhoz tartozó értékkel.
A kvantumokat nagy stabilitású UR referencia-feszültségből állítjuk elő, azonos kvan-tumok esetén annak N = 2n részre osztásával. A referenciafeszültség értéke megegyezik az A/D átalakító bemenetére adható legnagyobb feszültséggel.
Átalakítási módszerek
Az átalakítás módja szerint megkülönböztetünk közvetlen és közvetett átalakítót. Köz-vetlen módszer esetén a mérendő feszültséget egyetlen lépésben alakítjuk digitális jellé, míg közvetett módszernél előbb vele arányos idővé vagy frekvenciává, majd ezt kódoljuk digitális számértékké.
Közvetlen(komparátoros) átalakítók: a párhuzamos vagy komparátoros A/D átalakító-ban az UR referenciafeszültséget egy nagy pontosságú osztóval N = 2n darab U egységre bontjuk, majd az így kapott feszültségeket egy-egy komparátor bementére vezetjük. A kom-parátorok másik bemenete össze van kötve, és erre a közös bemenetre csatlakozik a mérendő Ux feszültség.
Ux hatására mindazok a komparátorok átbillennek, amelyek pozitív bemenetére na-gyobb feszültség jut, mint az osztó kimeneteiről érkező feszültség. A kódoló az átbillenéseket logikai 1 szintként érzékeli és a mintavételt engedélyező STROBE jel hatására egy logikai kapukból álló hálózattal binárisan kódolt számmá alakítja. A legkisebb értékű bitet LSB-nek, legnagyobbat MSB-nek nevezik.
A működési elvből következik, hogy a kódoló kimenetén minden engedélyező jel hatá-sára azonnal megjelenik a mért érték, vagyis a komparátoros átalakító rendkívül gyorsan mű-ködik. Nagy hátránya azonban, hogy az elkészítéséhez soktagú és pontos osztó, és ugyanennyi komparátor szükséges. Ha pl. a felbontóképességet és ezzel együtt a kimeneti jel bitjeinek a számát növelni akarjuk, akkor minden további bitnél kétszeresre kell növelni az osztó elemei-nek és a komparátoknak a számát is. A komparátoros átalakítót főleg hang- és képjelek digi-talizálására alkalmazzák.
A számláló típusú A/D átalakító: minden mérés a számláló nullázásával kezdődik, ami a digitális kimeneti jelet, és ezzel együtt a D/A átalakító bemeneti jelét is nullára állítja. Ennek következtében az utóbbi kimenetén és a Ko komparátor invertáló bemenetén UD = 0 V jelenik meg. A komparátor másik bementére a pozitív polaritású UX feszültség jut, ezért átbillen, és az ÉS kapu egyik bemenetére H szintet ad.
A számlálási folyamat mindaddig tart, amíg UD el nem éri UX értékét. Ekkor a kompará-tor átbillen, és megakadályozza további órajel impulzusok átjutását, a számláló kimenetén pedig az UX = UD-nek megfelelő bináris érték lesz.
Számlálás közben az átalakító kimenetére csatlakozó kijelző egyre nagyobb és gyorsan változó értéket mutat. A mért értéket emiatt csak akkor lehet elolvasni, ha a számlálás befeje-zése után egy bizonyos ideig kijelezzük. Erre szolgál a várakozási idő. A mérési és várakozási idő miatt ezzel az átalakítóval gyors mérés nem végezhető, nagy előnye viszont az egyszerű felépítés, valamint az, hogy a mérés pontossága nem függ az órajel frekvenciájától.
Digitális multiméter:
A digitális multiméterek ma már az analóg multimétereknél is elterjedtebbek, mert szer-vizcélokra használható változataik kis méretben és olcsón előállíthatók, üzemi és laboratóriu-mi változataikkal, pedig nagy mérési pontosság érhető el, sőt a mérés automatizálható.
A digitális multiméter jellemző szolgáltatásai:
Egyenfeszültség mérése
Váltakozó feszültség mérése
Egyenáram mérése
Váltakozó áram mérése
Ellenállás mérése
Dióda, tranzisztor, valamint szakadás és zárlat vizsgálata, sőt több típus alkal-mas frekvencia, kapacitás, tranzisztorparaméter stb. mérésére is. A leggyako-ribb és legjellemzőbb megoldás az 5-14. Ábrán látható
Az ellenállásmérő egység: az ellenállásmérő minden multiméternek, így a digitális mul-timéternek is fontos üzemmódja. Az analóg multiméterek többsége az ellenállást feszültség-mérős elven méri, amelyhez nemlineáris skála tartozik. Digitális műszerekben ezt nem lehet megvalósítani, vagyis olyan ellenállás-feszültség átalakítási módszert kell választani, amely esetén a kimeneti feszültség arányos a mért ellenállással.
A digitális műszerek általában áramgenerátoros módszerrel mérnek, amelynek az a lé-nyege, hogy állandó áramerősség esetén, az ellenálláson fellépő feszültség arányos az ellenál-lás értékével.
Az analóg-digitális átalakítás két jellegzetes szakaszra bontható: mintavételre és digitá-lis kódolásra. Azokban az átalakítókban, amelyekben mérés közben a vett minta nagysága nem változhat meg, külön áramkörrel a szinttartásról is gondoskodni kell.
A mintavétel bizonyos időközönként történik, amelyet az átalakítóra jellemző átalakítási vagy konverziós idő határoz meg. A konverziós idő az átalakító működési módjától függően lehet állandó érték, de a mért feszültség nagyságával arányosan növekvő is.
A mintavételezés folyamata során a mérendő és folytonos analóg mennyiséget – általá-ban feszültséget – tartományokra (egységekre) bontjuk. Az egységek lehetnek azonosak, de különböző nagyságúak is.
Az A/D átalakító azt állapítja meg, hogy a mért mennyiség hányszorosa az egységnek, vagyis a mért mennyiség mérőszámát adja. Ha a mérőszámot nem lehet a kvantum egész számú többszörösével kifejezni, akkor az átalakító a hozzá legközelebb eső számhoz kerekít, és a mérési elvből származó hiba keletkezik, amelyet a kijelző utolsó számjegyénél a 1 digites eltérés fejez ki. A hiba arányos a kvantum nagyságával, különböző nagyságú kvantu-mok esetén a legkisebb kvantumhoz tartozó értékkel.
A kvantumokat nagy stabilitású UR referencia-feszültségből állítjuk elő, azonos kvan-tumok esetén annak N = 2n részre osztásával. A referenciafeszültség értéke megegyezik az A/D átalakító bemenetére adható legnagyobb feszültséggel.
Átalakítási módszerek
Az átalakítás módja szerint megkülönböztetünk közvetlen és közvetett átalakítót. Köz-vetlen módszer esetén a mérendő feszültséget egyetlen lépésben alakítjuk digitális jellé, míg közvetett módszernél előbb vele arányos idővé vagy frekvenciává, majd ezt kódoljuk digitális számértékké.
Közvetlen(komparátoros) átalakítók: a párhuzamos vagy komparátoros A/D átalakító-ban az UR referenciafeszültséget egy nagy pontosságú osztóval N = 2n darab U egységre bontjuk, majd az így kapott feszültségeket egy-egy komparátor bementére vezetjük. A kom-parátorok másik bemenete össze van kötve, és erre a közös bemenetre csatlakozik a mérendő Ux feszültség.
Ux hatására mindazok a komparátorok átbillennek, amelyek pozitív bemenetére na-gyobb feszültség jut, mint az osztó kimeneteiről érkező feszültség. A kódoló az átbillenéseket logikai 1 szintként érzékeli és a mintavételt engedélyező STROBE jel hatására egy logikai kapukból álló hálózattal binárisan kódolt számmá alakítja. A legkisebb értékű bitet LSB-nek, legnagyobbat MSB-nek nevezik.
A működési elvből következik, hogy a kódoló kimenetén minden engedélyező jel hatá-sára azonnal megjelenik a mért érték, vagyis a komparátoros átalakító rendkívül gyorsan mű-ködik. Nagy hátránya azonban, hogy az elkészítéséhez soktagú és pontos osztó, és ugyanennyi komparátor szükséges. Ha pl. a felbontóképességet és ezzel együtt a kimeneti jel bitjeinek a számát növelni akarjuk, akkor minden további bitnél kétszeresre kell növelni az osztó elemei-nek és a komparátoknak a számát is. A komparátoros átalakítót főleg hang- és képjelek digi-talizálására alkalmazzák.
A számláló típusú A/D átalakító: minden mérés a számláló nullázásával kezdődik, ami a digitális kimeneti jelet, és ezzel együtt a D/A átalakító bemeneti jelét is nullára állítja. Ennek következtében az utóbbi kimenetén és a Ko komparátor invertáló bemenetén UD = 0 V jelenik meg. A komparátor másik bementére a pozitív polaritású UX feszültség jut, ezért átbillen, és az ÉS kapu egyik bemenetére H szintet ad.
A számlálási folyamat mindaddig tart, amíg UD el nem éri UX értékét. Ekkor a kompará-tor átbillen, és megakadályozza további órajel impulzusok átjutását, a számláló kimenetén pedig az UX = UD-nek megfelelő bináris érték lesz.
Számlálás közben az átalakító kimenetére csatlakozó kijelző egyre nagyobb és gyorsan változó értéket mutat. A mért értéket emiatt csak akkor lehet elolvasni, ha a számlálás befeje-zése után egy bizonyos ideig kijelezzük. Erre szolgál a várakozási idő. A mérési és várakozási idő miatt ezzel az átalakítóval gyors mérés nem végezhető, nagy előnye viszont az egyszerű felépítés, valamint az, hogy a mérés pontossága nem függ az órajel frekvenciájától.
Digitális multiméter:
A digitális multiméterek ma már az analóg multimétereknél is elterjedtebbek, mert szer-vizcélokra használható változataik kis méretben és olcsón előállíthatók, üzemi és laboratóriu-mi változataikkal, pedig nagy mérési pontosság érhető el, sőt a mérés automatizálható.
A digitális multiméter jellemző szolgáltatásai:
Egyenfeszültség mérése
Váltakozó feszültség mérése
Egyenáram mérése
Váltakozó áram mérése
Ellenállás mérése
Dióda, tranzisztor, valamint szakadás és zárlat vizsgálata, sőt több típus alkal-mas frekvencia, kapacitás, tranzisztorparaméter stb. mérésére is. A leggyako-ribb és legjellemzőbb megoldás az 5-14. Ábrán látható
Az ellenállásmérő egység: az ellenállásmérő minden multiméternek, így a digitális mul-timéternek is fontos üzemmódja. Az analóg multiméterek többsége az ellenállást feszültség-mérős elven méri, amelyhez nemlineáris skála tartozik. Digitális műszerekben ezt nem lehet megvalósítani, vagyis olyan ellenállás-feszültség átalakítási módszert kell választani, amely esetén a kimeneti feszültség arányos a mért ellenállással.
A digitális műszerek általában áramgenerátoros módszerrel mérnek, amelynek az a lé-nyege, hogy állandó áramerősség esetén, az ellenálláson fellépő feszültség arányos az ellenál-lás értékével.
Megjegyzés küldése