PROPRIETATILE APARATELOR DIGITALE (NUMERICE)

PROPRIETATILE APARATELOR DIGITALE (NUMERICE)

Proprietatile aparatelor digitale:

precizie foarte buna, dependenta de numarul cifrelor afisate (de 10^-5 pana la 10^-6);

sensibilitate foarte buna, cresterea sensibilitatii fiind posibila datorita rezolutiei aparatului (rezolutia este cea mai mica variatie a marimii de masurat pe care o poate sesiza un aparat de masurat digital si corespunde intervalului dintre doua indicatii successive).

eliminarea erorilor de maurare subiective (datorate citirilor de care operatori)

Principiul de functionare se bazeaza pe transformarea marimii analogice de masurat in semnale digitale, care se prelucreaza cu circuite specifice , rezultatul masurarii fiind afisat in sistem zecimal. Transformarea in semnale digitale se realizeaza cu un convertor analog-digital, care discretizeaza si codifica marimea de masurat. Discretizarea se realizeaza in timp (esantionare) si in nivel (cuantificare). Prin codificare se atribuie o valoare numerica treptei corespunzatoare a marimii de masurat.

Metode de masurare directa (se converteste marimea de masurat direct intr-un numar de impulsuriproportional cu valoarea acesteia ; in acest mod se masoara timpul si frecventa . Masurarea directa a tensiunilor, curentilor, rezistentelor, etc. se face prin convertirea acestora in timp sau in frecventa).

_prin compensare (compensarea marimii de masurat cu o marime de referinta variabila in trepte, generata in interiorul aparatului).

_mixta ( o combinatie intre primele doua metode )

Partile componente ale aparatelor de masurat digitale

Circuitul de intrare_prelucreaza marimea de masurat pentru a se obtine o marime convenabila la intrarea convertorului.

Convertorul analog-digital_transforma marimea analogica de masurat in marime digitala (un tren de impulsuri).

Numaratorul_numara impulsurile in cod binar sau BCD.

Decodorul_transforma rezultatul masurarii din sistem binar in sistem zecimal.

Afisajul_afiseaza rezultatul masurarii sub forma numerica.

Blocul de alimentare_alimenteaza toate blocurile functionale.

Blocul de comanda_ comanda succesiunea automata a operatiilor.

Sistemul binar:

Ex. (36)₂ = 1*2⁵ + 0*2⁴+ 0*2³ + 1*2² + 0*2¹ + 0*2⁰ = 100100

Codul BCD sau NBCD

_ se mai numeste si codul 2³-2²-2¹-2⁰ Fiecare cifra zecimala de la 0-9, primeste o tetrada de cifre binare corespunzatoare codului BCD.

zecimal__ ____ __0__ _____1__ ____2__ ____3__ ___4__ ___5__ ____6__ ____7__ ____8__ ____9

BCD    0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

Ex. 2573= 0010 0101 0111 0011

Celula elementara de numarare= circuitul basculant bistabil care are urmatoarea schema bloc:

Circuitul are 3 intrari:___2 nesimetrice (0 si 1 ) , folosite pentru memorarea starii respective ( un impuls negativ pe intrarea 1, determina bascularea in starea 1 si ramanerea in aceasta stare pana la aplicarea unui impuls pe intrarea 0 ).

___1 simetrica ( C ), folosita pentru numararea impulsurilor ( un impuls negative pe aceasta intrare determina bascularea dintr-o stare in alta).

Iesirile sunt notate Y si Y , dupa cum semnalul este 1 sau 0.

Y Y

0 1

C

Un circuit basculant bistabil are 2 stari stabile si numara un impuls. Pentru numararea mai multor impulsuri, se leaga in cascada (in serie ) mai multe celule de numarare. De ex. 4 celule (circuite) legate in cascada pot numara 2⁴-1 impulsuri, deci 15 impulsuri. La n celule de numarare legate in cascada vom avea 2ⁿ-1 impulsuri numarate.

Pentru numararea a 10 impulsuri (necesare afisarii cifrelor de la 0-9 ) avem nevoie de 4 celule binare la care trebuie anulate impulsurile 1015, lucru realizat prin legaturi de reactie de la bistabilul 4 la bistabilele 3 si 2. Se creaza, in acest mod, blocuri decadice care se leaga , la randul lor, in cascada pentru a putea numara unitati, zeci, sute, mii, etc. impulsuri.

NUMARATORUL UNIVERSAL

Are urmatoarea schema bloc:

Circuitul de intrare prelucreaza semnalul de masurat, transformandu-l in impulsuri.

Baza de timp este formata din oscilatorul cu cuart si divizorul de frecventa.

Oscilatorul_ furnizeaza un semnal de frecventa fixa.

Divizorul de frecventa imparte in decade successive frecventa semnalului dat de oscilator.

Semnalul obtinut se aplica portii SI determinand durata masurarii.

Circuitul poarta " SI "primeste semnalul sub forma de impulsuri impreuna cu un semnal de comanda care determina durata masurarii.La iesirea portii se vor regasi impulsurile aplicate la intrare numai pe durata coincidentei celor doua semnale.

Numaratorul numara impulsurile intr-un cod binar.

Decodorul decodifica din binar in zecimal.

Afisajul afiseaza rezultatul masurarii.

Functionarea este comandata de baza de timp.

Utilizari: masurarea directa a timpului (cronometre digitale ) si a frecventei (frecventmetre digitale )

Aparate numerice pentru masurarea frecventei (frecventmetrul numeric)

t semnal periodic aplicat circuitului de intrare

t semnal la iesirea circuitului de intrare

t semnal aplicat portii de baza de timp

t semnal aplicat numaratorului

Voltmetru digital cu convertor tensiune-timp

FUNCTIONAREA

se bazeaza pe conversia tensiunii continue de masurat intr-un interval de timp proportional cu aceasta, interval de timp ce se masoara direct (ca la cronometre digitale).

• U_x se aplica la intrarea unui comparator;
• U_x este comparata cu o tensiune liniar-variabila in timp, de la un generator etalon U_e=k(t-t₀)
• la t=t₀ tensiunea etalon U_e=0 si se comanda deschiderea circuitului poarta, prin care trec spre numarator impulsuri de frecventa f₀ generate de un oscilator cu cuart
• la t=t_x tensiunea U_e creste liniar in timp si devine egala cu U_x

U_x=U_e=k(t_x-t₀)

si comparatorul comanda inchiderea circuitului poarta care ramane deschis numai in intervalul t_x-t₀;

• Se noteaza cu N nr.de impulsuri ce trec prin poarta spre numarator

N=f₀(t_x-t₀);

• t_x-t₀=U_x / k
• N=(f₀ /k)U_x=kU_x
• Impulsurile sunt numarate de numarator, iar rezultatul este decodificat si afisat numeric

Voltmetru digital cu convertor tensiune-frecventa

FUNCTIONAREA

se bazeaza pe transformarea tensiunii de masurat intr-o serie de impulsuri a caror frecventa este proportionala cu tensiunea Ux.

• Tensiunea de la iesirea integratorului creste liniar in timp si este proportionala cu tensiunea aplicata la intrarea sa: U₂=kU₁t;
• Daca integrarea dureaza un interval de timp T, atunci: U₂=kU₁T=kU₁;
• U_x se aplica la intrarea integratorului care, dupa un interval de timp ar trebui sa dea la iesire o tensiune U₂=kU_xT=kU_x;
• cand tensiunea de la iesirea integratorului devine egala cu tensiunea de referinta U₀ (constanta), atunci comparatorul genereaza un impuls care comanda aducerea la zero a integratorului;
• tensiunea de la iesirea integratorului va creste din nou pana la valoarea tensiunii de referinta, dupa care integratorul este adus din nou la zero si fenomenul se repeta pe toata durata T a unei masurari;
• la iesirea integratorului se obtine o tensiune de forma dintilor de fierastrau;

la iesirea comparatorului se obtine un numar N de impulsuri, proportional cu tensiunea de masurat U_x:    N=T / T₀ unde T₀=perioada dintilor de fierastrau;;

din asemanarea triunghiurilor dreptunghice U₂ si U₀, respectiv T si T₀ rezulta:

N=T/T₀= U₂/U₀

N=kU_x /U₀= KU_x , deci N este proportional cu U_x

Voltmetru digital cu convertor analog-digital cu compensare, cu tensiune crescatoare in trepte

FUNCTIONAREA

se bazeaza pe compararea tensiunii de masurat cu o tensiune de referinta variabila, generata in interiorul aparatului de masurat digital de un convertor digital-analog.

• convertorul primeste de la un bloc numeric o serie de impulsuri si produce la iesire o tensiune ce variaza in functie de nr. impulsurilor primite;
• tensiunea generata de convertorul digital-analog poate sa varieze in trepte sau prin aproximatii succesive;
• circuitele bistabile ale numaratorului sunt in starea zero astfel incat U de referinta este zero (starea initiala)
• cand U_x<U_ref circuitul comparator deschide poarta, prin care incep sa treaca spre numarator impulsurile de la generatorul de tact;
• cat timp U_x > U_ref comparatorul mentine deschiderea circuitului poarta prin care trec impulsurile de la generatorul de tact spre numarator;
• cand tensiunea de referinta egaleaza tensiunea de masurat, comparatorul comanda inchiderea circuitului poarta;
• cat timp poarta a fost deschisa, au trecut spre numarator impulsuri care au fost numarate;
• numaratorul a comandat si convertorul digital-analog astfel incat valoarea tensiunii de referinta depinde de nr. impulsurilor care au trecut prin poarta;
• rezultatul numararii indica valoarea tensiunii de referinta si pe cea a tensiunii de masurat;
• fiecarui impuls ii corespunde o treapta elementara de variatie a tensiunii de referinta, iar rezultatul numararii, decodificat, poate fi afisat numeric direct in V.

Multimetrul digital

Multimetrul digital - masoara marimi electrice: U, I, R.

Principiul de functionare

• are la baza un voltmetru digital de c.c. cu diferite circuite auxiliare;
• pentru masurarea tensiunilor alternative semnalul de masurat este transformat intr-un semnal continuu cu circuite de detectie;
• pentru masurarea intensitatilor, curentul de masurat trece prin rezistente de precizie si se masoara caderea de tensiune la bornele acestor rezistente;
• pentru masurarea rezistentelor, se trece prin ele c.c. de precizie si se masoara tensiunea la bornele lor.