Рис. 2.9. Принцип работы УВХ

Тоймер

Входной сигнал

Клн/ч

с 4= е,т

Рис. 2.10. Сигнал в простейшем УВХ при Rg = О

Выборка

Команда но Выборку

Ключ зотнуш

Выборка Реальный выход

Идеальный выхо,

Фиксация

1<оманда на фиксацию

пюч разомкнут

Рис. 2.11. Входные и выходные сигналы в реальном УВХ

Апертурное время (Тр) - интервал от момента поступления команды на фиксацию до момента, когда ключ разомкнётся. Оно определяется временем срабатывания переключающей схемы внутри УВХ. Для одного УВХ это время непостоянно, и обычно в технических данных указывается его среднее значение. Апертурное время типового УВХ может иметь значение ~ 10 НС.

Время установления (Г) - период, необходимый для затухания колебаний до некоторой величины (определяемой допустимой погрешностью). При переходе к режиму фиксации возникает переходный процесс, обусловленный реактивными элементами в схемах цифровой логики. Время установления для типового УВХ может быть от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд, в зависимости от требуемой точности.

Спад сигна/ш - медленное уменьшение выходного напряжения УВХ из-за токов утечки переключателя и буферного усилителя в течешге времени фиксации.

. Спад сигнала может быть существенно уменьшен, если на выходе УВХ включить буферный усилитель с высоким входным сопротивлением. Аналогично, можно включить буферный усилитель на входе УВХ для согласования его с источником сигнала. УВХ с буферными усилителями на входе и выходе показано на рис. 2.12.

В цифровых системах операции выборки и хранения инициируются периодически таймерами. На рис. 2.13 показаны процессы, протекающие в УВХ при постоянной частоте упраЕЛяющих импульсов. Время между командрыми сигналами называется периодом квантования Т.

Структурная схема устройства выборки и хранения. Хотя устройство выборки и хранения изготавливается как единый блок, и на структурных схемах этот блок изображается одним элементом (рис. 2.14), аналитически удобно рассматривать процессы выборки и хранения отдельно. Экви-валетная схема, в которой процессы выборки и хранения разделены, показана на рис. 2.15; на схеме отражены таюке временные задержки и динамика процесса. Квантователь, который может быть рассмотрен как амплитудно-импульсный модулятор, обеспечивает время выборки р. Фиксатор сохраняет квантованный по времени сигнал постоянным в течение вре->мени хранения. Время задержки Т4 объединяет время выборки и апер-

Аналогобый Вход Входной буферный усилитель

квантователь J

о - jr - Аналогодь/й

Выходной буферный выход eJt) усилитель

Команды выборки и фиксации

Рис. 2.12. УВХ с буферными усилителями

Реальный выход

идеальный выход

Время выборки

Период квантования Т

Фиксация

Рис. 2.13. Входные и выходные сигналы в УВХ с постоянным периодом квантов:лйжя

Входе;Ш

Рис. 2.14. УВХ

[ВыкдО;..

es(t} вход Т

Выход eJt)

Рис. 2.15. Структурная схема УВХ

Временная задертка

Фиксатор

Вход -

6s(t) Идеальный

пВантоватепь

Рис. 2.17. Входцыет выходные сигналы вдеального УВХ

Выход во (t)

Рис. 2.16. Идеальное УВХ

eo(t)

ЗГ tr ST

Командные сигналы

турное время; фильтр отражает динамику переходных процессов в буферных усилителях. В общем случае передаточная функция фильтра может быть представлена в виде

s2 -I- 2?w 6 -1- ь?

Импульсный элемент (см. рис. 2.15) обьгано называется квантователем с конечной длительностью импульса. На практике время выборки р мало по сравнению с периодом квантования и характерными постоянными времени входного аналогового сигнала. Время задержки в УВХ также мало, поэтому с учетом динамики системы этими величинами можно пренебречь. Например, апертурное время может быть ~ 10 не, а время выборки 300 НС. Еще 100 не может занять время установления; следовательно, общая задержка составляет 410 не, чем можно пренебречь, так как вряд ли система управления способна быстрее отреагировать на входной сигнал.

Следовательно, в практических случаях, когда р <Ти временная задержка мала, УВХ может быть представлено структурной схемой (рис. 2.16). В этом случае импульсный элемент называется идеальным квантователем, так как предполагается, что время выборки равно нулю, т.е. р = 0. В дальнейшем покажем, что модель идеального квантователя позволяет получить удобное математз еское описание операции выборки и хранения. Входной и выходной сигналы идеального УВХ показаны на рис. 2.17.

2.5. ЦИФРОАНАЛОГОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

Цифроаналоговое преобразование, или декодирование, заключается в преобразовании числа, представленного в виде машинного слова, в эквивалентный аналоговый сигнал. Структурная схема ЦАП показана на рис. 2.18. Назначение логической схемы заключается в управлении подключением источника опорного напряжения или тока ко входам резистив-