3-ma’ruza. Raqam-analog va analog-raqam o’zgartgichlar. Reja

3-ma’ruza. Raqam-analog va analog-raqam o’zgartgichlar.
Reja:

1. 
   Kirish.
   
2. 
   Raqam-analog o’zgartgich.
   
3. 
   Analog-raqam o’zgartgich.
   

Tayanch iboralar: raqam-analog o’zgartgich, analog raqam o’zgartgich, rezistorli matritsa, amaliy kuchaytirgich ketma-ket sanash, integrator.
1. Raqam-analog o’zgartgichlar (RAO’) va analog-raqam o’zgartgichlar (ARO’) o’lchash texnikasida (raqamli ostsillograflar, voltmetrlar, signal generatorlari va h.), tibbiyot texnikasida, radiolokatsiya qurilmalarida, kompyuter texnikasida (tovushni kompyuterga kiritish va chiqarish, videomonitorlar, printerlar va h.), maishiy apparaturalarda (televizorlar, musiqa markazlari, avtomobil elektronikasi va h.), telefonlarda va boshqa turli sohalarda ishlatiladi.
RAO’ va ARO’ strukturalari bilan tanishishdan avval ularning strukturalarida jamlovchi va integrallovchi rejimlarda ishlatiluvchi amaliy kuchaytirgich xususidagi asosiy ma’lumotni keltiramiz.
Bir necha kirish yo’li rezistorlariga ega bo’lgan amaliy kuchaytirgich (3.1-rasm) rezistorlarga berilgan kuchlanishni jamlashga imkon beradi. Amaliy kuchaytirgichning kirish yo’lidagi ("a" nuqtasidagi) kuchlanish nolga yaqin bo’ladi. Kirish yo’li kuchlanishi _{ } , mos rezistor _{ } da i=_{ } tokini hosil qiladi. Butokning kattaligi boshqa rezistorlar orqali oqayotgan tok kattaligiga bog’liq emas.Amaliy kuchaytirgich teskari bog’lanishning tutashtiruvchi zanjiriga quyidagi tokni yo’naltiradi.
Toklarni mos kuchlanishlar orqali ifodalab, quyidagini olamiz.

3.1-rasm. Jamlagich sxemasi. 3.2-rasm. Integrator sxemasi.

Amaliy kuchaytirgich integrallash amalini bajarishga ham imkon beradi. 3.2-rasmda integrallash amalini bajaruvchi sxema (integrator) keltirilgan. Sxema chiqish yo’li kuchlanishi quyidagiga teng

2. Raqam-analog o’zgartgich raqamli axborotni kuchlanish kurinigaidagi (ba’zida tok ko’rinishidagi) analog shakliga o’zgartirishga xizmat qiladi.
Raqam-analog o’zgartirishda quyidagi p-xonali parallel kod

uchun (bu yerda _{ } - 0 yoki 1 raqami, _{ }esa i-xonaning salmog’i) avval X qiymatiga mutanosib _{ } toki olinadi so’ngra uni chiqish yo’li kuchlanishiga o’zgartiriladi. _{ } toki qiymati sonning har bir xona uchun hosil kilinadigan etalon toklar yig’indisi orqali aniqlanadi, ya’ni

Bunda faqat _{ } = 1 bo’lgan xonalar toki jamlanadi. Raqam-analog o’zgartgich (3.3-rasm) etalon toklarni shakllantiruvchi rezistorli matritsadan; etalon toklarni kirish yo’li kodiga mos holda jamlashning umumiy nuqtasiga ulovchi (kommutatsiyalovchi) kalitlardan (_{ }); _{ } tokini chiqish yo’li kuchlanishiga (U_chiq) o’zgartiruvchi amaliy kuchaytirgichdan (AK); tayanch kuchlanish manbaidan (_{ }) tashkil topgan. 3.3-rasmdagi sxemada R-2R-...-_{ } R ko’rinishidagi ikkili-salmoqlangan qarshiliklar asosidagi rezistorli matritsa ishlatilgan.
Matritsa rezistorlarining qarshiligi katta xonadan kichik xonaga o’tilganida ikkilanadi, etalon toklar esa ikki marta kamayadi. Masalan, birinchi, eng katta xona uchun tok qiymatini _{ } = 1 mA deb qabul qilinsa, ikkinchi xona uchun _{ } = 0,5 mA , uchinchi xona uchun _{ }= 0,25 mA va x. bo’ladi.
_{ } - _{ } kalitlar kirish yo’li kodi mos xonalarining "nol" va "bir" raqamlarini akslantiruvchi kuchlanish sathlari orqali boshqariladi. AK kirish yo’lining potentsiali doimo nolga teng bo’lganligi sababli xona toklarining jamlanishi quyidagi munosabat bilan ifodalanadi
(3.1)

3.3-rasm. Raqam-analog o’zgartgich sxemasi (1-variant)

RAO’ chiqish yo’lidagi kuchlanish quyidagi formula orqali hisoblanadi:
(3.2)
Bu erda R_tb = R/2 - kuchaitirgichning teskari bog’lanish zanjiridagi qarshilik.
Misol: Kirish yo’lidagi olti xonali raqam kodi X=101011 ni o’zgartirishdagi RAO’ chiqish yo’lidagi kuchlanish hisoblansin. Tayanch kuchlanish U_m= 10B.
(3.2) ifodaga binoan quyidagini olamiz:

Ko’rilgan RAO’ning asosiy kamchiligi matritsa qarshiliklari diapazonining kattaligi. Ayniqsa bu kamchilik kirish yo’li kodining xonaliligi oshgan cari yaqkol namoyon bo’ladi.
3.2 munosabatni amalga oshiruvchi, faqat ikkita nominalli rezistor ishlatilgan RAO’ sxemasi 3.4-rasmda keltirilgan. Bunda katta xonadan kichik xonaga o’tilganida etalon tok ikki marta kamayadi.
Yuqorida ko’rilgan raqam-analog o’zgartgichlardagi kalitlar 3.5-rasm "a"da keltirilgan sxema bo’yicha amalga oshirilishi mumkin.
Kirish yo’li kodi xonasidagi raqamni akslantiruvchi kirish yo’li signali ikki kutbli (3.5-rasm "b"): musbat sath (mantiqiy «1») D1 dirdni berkitadi va _{ }, etalon toki D2 diod orqali AK kirish yo’liga beriladi; manfiy sath (mantiqiy "0") D2 diodni berkitadi va _{ } etalon toki kirish yo’li signali _{ } manbaiga tutashadi.

3.4-rasm Raqam-analog o’zgartgich sxemasi (2-variant)

3.5-rasm. Kalit sxemasi.
3. Analog shakldagi signallarni raqamli shaklga o’zgartirishda quyidagi uchta jarayonni ko’rsatish mumkin: dyskretlash. kvantlash, kodlash. Ushbu jarayonlar moxiyatini ko’rib chikamiz. Keyingi bayonlarda aniqlikni taminlash maqsadida o’zgartirish qiymati bo’yicha uzluksiz o’zgaruvchi kuchlanish shaklida ifodalangan eygnallar ustida amalga oshiriladi deb hisoblaymiz.
Diskretlash jarayoniga muvofiq vaqt bo’yicha uzliksiz signaldan uning alohida qiymatlari ma’lum zakt interali T oralab tanlab olinadi (3.6 -rasmda _{ },_{   }onlar). Interval T takt intervali, sanaladigan
_{ }onlar vaqtning takt onlari deb yuritiladi. ravshanki, sanaladigan onlar kanchalik ko’p bo’lsa (dyskretlash chastotasi yuqori bo’lsa) signal raqam ko’rinishida shunchalik aniq ifodalanadi. Sanaladigan onlar kam bo’lsa (dyskretlash chastotasi past bo’lsa) signal xususidagi axborot yo’qolishi mumkin. Bu holat mashxur Naykvist-Kotelnikov mezonidan bevosita kelib chiqadi. Ushbu mezonga muvofiq dyskretlash chastotasi bo’lmaganda signal chastotasidan ikki marotaba katta bo’lishi lozim. Aks holda signal xususidagi axborot yo’qoladi va signalni berilgan aniqlikda analog shakliga tiklab bo’lmaydi.
Kvantlashning mohiyati quyidagicha. Bir-biridan «vantlash kadami deb ataluvchi _{ } kattalikka siljigan shartlar to’ri hosil qilinadi (3.6-rasm). Kvantlashning xar bir sathiga tartib raqami (0, 1, 2, 3, 4 va h.) berilishi mumkin. So’ngra dyskretlash natijasida olingan dastlabki analog kuchlanish qiymatlari ularga yaqin kvantlash sathi bilan almashtiriladi. Masalan, 3.6-rasmdagi diagrammmada t₀ onidagi kuchlanish qiymati unga yaqin 3 nomerli kvantlash sathi bilan almashtiriladi, _{ } onidagi kuchlanish qiymati 6 sathga yaqin va ushbu sath bilan almashtiriladi va h. Har kanday yaxlitlash kabi kvantlash jarayoni kuchlanishning diskret qiimatlarini ifodalashda xatolikka olib keladi, ya’ni kvantlash shovquni hosil bo’ladi. Analog-rakam o’zgartgichlarni loyihalashda kvantlash shovqunini pasaytirishga harakat qilinadi.

3.6-rasm. Diskretlash, kvantlash va kodlash jarayoni.

Kodlashning mohiyati quyidagicha. Kvantlash amalida kuchlanish qiymatining yaxlitlanishi bu qiymatlarlarni sonlar - mos kvantlash sathlari nomerlari orqali ifodalashga imkon beradi. 3.6-rasmdagi diagramma uchun 3, 6, 7, 4, 1, 2 va h. sonlarning ketma-ketligi ikkili kod orqali ifodalanadi.

Analog-raqam o’zgartgichlarda quyidagi o’zgartirish usullari ishlatiladi:

• 
  ketma-ket sanash (raqam-analog o’zgartgichli yoki ikki taktli integrallashli);
  
• 
  xonalar bo’yicha kodlash;
  
• 
  parallel;
  
• 
  parallel-ketma-ket.
  

Quyida ketma-ket sanash analog-raqam
o’zgartgichlarining ishlash tartibi keltirilgan. Ketma-ket sanash (raqam-analog o’zgartgichli) analog-raqam o’zgartgich sxemasi 3.7-rasmda keltirilgan. "Pusk" signali bo’yicha RS-trigger «1» holatiga o’tadi va generator G dan signallarni I elementi orqali ikkili schetchikning jamlash kirish yo’liga o’tishiga ruxsat beradi. Schetchik CT2 nish chiqish yo’lidan raqamli kod raqam-analog o’zgartgich RAO’ yordamida kuchlanishga o’zgartiriladi va bu kuchlanish komparator KOMPning kirish yo’liga beriladi. Komparatorning ikkinchi kirish yo’liga o’lchanayotgan kuchlanish _{ } beriladi.

3.7-rasm. Raqam-analog o’zgartirgichli analog-raqam o’zgartirgich sxemasi
U_kir = U_RAO’ holatida komparator RS-triggerni nol holatiga o’tkazuvchi signalni shakllantiradi. Shundan so’ng signalni sanash to’xtatiladi va schetchikning chiqish yo’lida kirish yo’li kuchlanishining raqamli ekvivalenti qaydlanadi. O’zgartirish vaqti (_{ }.) kirish yo’li Kuchlanishi _{ } qiymatiga bog’liq.
Ketma-ket sanash (ikki taktli integrallashli) analog-raqam o’zgartgich sxemasi 3.8-rasmda keltirilgan. o’zgartirish ikki taktda amalga oshiriladi.
Birinchi taktda "Pusk" signali Tl-triggerni ‘1’ holatiga o’tkazadi. Kirish yo’li signali minus _{ } Tl-triggerning birlik chiqish yoli orqali boshqariluvchi kalit _{ }orqali integrator INTga beriladi. Generator s dan signallar I-ILI sxema orqali schetchik ST2 ning jamlash kirish io’liga beriladi. _{ }signal (n-schetchik xonaliligi) sanalganidan so’ng ST2ning katta xonasidad ko’chirish qiymati signali Tl-triggerni "0" holatiga o’tkazadi. Shu bilan integrallashning birinchi takti tugaydi.

3.8-rasm. Ikki taktli integralashli analog-raqam o’zgartgich sxemasi.
Ikkinchi taktda integratorga tayanch kuchlanish - plyus U_m
T2-triggerning birlik chiqish yo’li orqali boshqariluvchi kalit K2 orqali integrator INTga beriladi. Bir vaqtning o’zida T2-triggerning birlik chiqish yo’li generator G dan signallarni ST2ning jamlash kirish yo’liga o’tishiga ruxsat beradi (yangi sanash boshlanadi).
Integrator INTning chiqish yo’lidagi kuchlanish nolga teng bo’lgan onda komparator T2 - triggerni "0" holatiga o’tkazadi. Natijada signallarning schetchikka o’tishi to’xtatiladi va schetchikning chiqish yo’lida kirish yo’li kuchlanishiga mutanosib raqamli kod N_x shakllanadi.