Kniha: Zpracování a digitalizace analogových signálů v měřicí technice - Josef Vedral; Jakub Svatoš

OBSAH

1. Úvod 10

2. Operační zesilovače 12

2.1 Parametry operačních zesilovačů 12

2.1.1 Statické parametry operačních zesilovačů 12

2.1.2 Dynamické parametry operačních zesilovačů 14

2.1.3 Šumové parametry operačních zesilovačů 15

2.2 Typy operačních zesilovačů 18

2.2.1 Bipolární operační zesilovače 18

2.2.2 Unipolární operační zesilovače 20

2.2.3 Kmitočtová kompenzace operačních zesilovačů 21

2.2.4 Transkonduktanční operační zesilovače 23

2.2.5 Transimpedanční operační zesilovače 24

2.2.6 Nulované operační zesilovače 25

2.3 Zpětnovazební zapojení operačních zesilovačů 26

2.3.1 Záporná zpětná vazba 26

2.3.2 Statické vlastnosti zpětnovazebních zesilovačů 27

2.3.3 Dynamické vlastnosti zpětnovazebních zesilovačů 29

2.3.4 Kmitočtová stabilita zpětnovazebních zesilovačů 33

2.3.5 Šumové vlastnosti zpětnovazebních zesilovačů 35

3. Zesilovače signálů 37

3.1 Asymetrické zesilovače napětí 37

3.1.1 Vlastnosti zesilovačů napětí 37

3.1.2 Kmitočtová kompenzace zesilovačů napětí 40

3.1.3 Potlačení vlivu impedance přívodů 41

3.2 Zesilovače proudu 43

3.2.1 Vlastnosti zesilovačů proudu 43

3.2.2 Zesilovače proudu s T článkem 45

3.2.3 Kmitočtová kompenzace zesilovačů proudu 46

3.2.4 Potlačení rušivých signálů zesilovačů proudu 48

3.3 Rozdílové zesilovače 49

3.3.1 Rozdílové zesilovače s asymetrickým výstupem 49

3.3.2 Využití rozdílových zesilovačů к lineárním signálovým operacím 51

3.3.3 Rozdílové zesilovače s rozdílovými napěťovými výstupy 54

3.4 Přístrojové zesilovače 56

3.4.1 Asymetrické přístrojové zesilovače 56

3.4.2 Symetrické přístrojové zesilovače 57

3.4.3 Přístrojové zesilovače s přepínatelným zesílením 61

3.4.4 Přístrojové zesilovače s proudovým výstupem 62

3.5 Integrační a nábojové zesilovače 63

3.5.1 Invertující integrační zesilovače 63

3.5.2 Sčítací a rozdílové integrační zesilovače 67

3.5.3 Nábojové zesilovače 67

3.6 Vzorkovací zesilovače 70

3.6.1 Přímo vázané vzorkovací zesilovače 70

3.6.2 Zpětnovazební vzorkovací zesilovače 72

3.7 Zesilovače odporových a reaktančních snímačů 74

3.7.1 Zesilovače potenciometrických snímačů 74

3.7.2 Zesilovače tenzometrických snímačů 75

3.7.3 Zesilovače kapacitních snímačů 77

3.7.4 Zesilovače indukčnostních snímačů 80

3.8 Zesilovače snímačů teploty 83

3.8.1 Zesilovače odporových snímačů teploty 83

3.8.2 Linearizace odporových snímačů teploty 85

3.8.3 Zesilovače NIC a PTC snímačů teploty 86

3.8.4 Zesilovače polovodičových snímačů teploty 88

3.8.5 Zesilovače pro termočlánky 91

3.9 Izolační zesilovače 95

3.9.1 Vlastnosti izolačních zesilovačů 95

3.9.2 Izolační zesilovače s transformátorovou vazbou 96

3.9.3 Izolační zesilovače s kapacitní vazbou 97

3.9.4 Modulační izolační zesilovače s optickou vazbou 98

3.9.5 Přímo vázané izolační zesilovače s optickou vazbou 99

4. Nelineární zpracování signálů 101

4.1 Komparátory 101

4.1.1 Typy a vlastnosti komparátorů 101

4.1.2 Napěťové komparátory s hysterezí 102

4.1.3 Komparátory s nastavitelnou hysterezí 105

4.1.4 Okénkové a toleranční komparátory 105

4.2 Funkční měniče 106

4.2.1 Aproximační funkční 106

4.2.2 Spojité funkční měniče 110

4.3 Analogové násobičky a děličky 114

4.3.1 Vlastnosti násobiček 115

4.3.2 Násobičky s řízeným přenosem 115

4.3.3 Logaritmické násobičky 117

4.3.4 Modulační násobičky 118

4.4 Převodníky střední hodnoty 119

4.4.1 Neřízené usměrňovače 119

4.4.2 Řízené usměrňovače 122

4.5 Převodníky efektivní hodnoty 124

4.5.1 Tepelné převodníky efektivní hodnoty 125

4.5.2 Výpočtové převodníky efektivní hodnoty 125

4.6 Špičkové detektory a převodníky rozkmitu 127

4.6.1 Špičkové detektory 127

4.6.2 Převodníky rozkmitu 128

5. Filtrace signálů 130

5.1 Typy a vlastnosti filtrů 130

5.2 Aproximace kmitočtových charakteristik 131

5.3 Pasivní filtry I34

5.3.1 Pasivní RC filtry I34

5.3.2 Pasivní LC filtry I35

5.4 Aktivní filtry 137

5.4.1 Aktivní dolní a horní propusti 1. řádu 138

5.4.2 Aktivní dolní a horní propusti 2. řádu 138

5.4.3 Aktivní dolní a horní propusti vyšších řádů 140

5.4.4 Aktivní pásmové propusti a zádrže 2. řádu 141

5.4.5 Fázovací články I43

5.4.6 Univerzální filtry I44

5.5 Spínané filtry 145

6. Spínače a přepínače signálů 148

6.1 Spínače signálů 148

6.1.1 Kontaktní spínače 148

6.1.2 Diodové spínače 143

6.1.3 Spínače s bipolárními tranzistory 150

6.1.4 Spínače s unipolárními tranzistory 151

6.1.5 Spínače CMOS I53

6.2 Analogové multiplexery 153

7. Referenční zdroje napětí a proudu I57

7.1 Referenční zdroje napětí I57

7.1.1 Zdroje napětí se Zenerovou diodou I57

7.1.2 Zdroje napětí s bipolární tranzistory I59

7.1.3 Zdroje napětí s unipolárními tranzistory 160

7.2 Zdroje proudu 151

7.2.1 Zdroje proudu s neuzemněnou zátěží 161

7.2.2 Zdroje proudu s uzemněnou zátěží 162

8. Digitalizace a rekonstrukce signálů 164

8.1 Vzorkování spojitých signálů 164

8.1.1 Ekvidistantní vzorkování 164

8.1.2 Pásmové vzorkování 166

8.1.3 Ekvivalentní vzorkování 167

8.1.4 Náhodné vzorkování 167

8.1.5 Adaptivní vzorkování 168

8.2 Kvantování signálů 169

8.2.1 Kvantování harmonických signálů 169

8.2.2 Odstup signál šum kvantovaných harmonických signálů 171

8.2.3 Nejistota odběru vzorku při vzorkování a kvantování signálů 172

8.3 Metody zvýšení rozlišitelnosti kvantizátorů 173

8.3.1 Zvýšení rozlišitelnosti převzorkováním signálu 173

8.3.2 Zvýšení rozlišitelnosti přídavným signálem 174

8.4 Kódování signálu 176

8.4.1 Dvojkové kódování 176

8.4.2 Dvojkově desítkové kódování I77

8.5 Rekonstrukce signálů 173

8.5.1 Rekonstrukce signálu schodovitou interpolací nultého řádu 178

8.5.2 Rekonstrukce signálu lineární interpolací 1. řádu 180

8.5.3 Rekonstrukce signálu polynomy vyšších řádů 181

8.5.4 Rekonstrukce harmonického signálu 182

9. Analogově číslicové převodníky 185

9.1 Parametry A/Č převodníků 185

9.1.1 Statické parametry A/Č převodníků 185

9.1.2 Dynamické parametry A/Č převodníků 187

9.1.3 Šumové parametry A/Č převodníků 189

9.2 Komparační A/Č převodníky 189

9.2.1 Paralelní A/Č převodníky 189

9.2.2 Kaskádní A/Č převodníky 191

9.3 Kompenzační A/Č převodníky 192

9.3.1 Aproximační A/Č převodníky 192

9.3.2 Sledovací A/Č převodníky 194

9.4 Integrační A/Č převodníky 195

9.4.1 Převodníky napětí kmitočet 195

9.4.2 Integrační převodníky s jednotaktní integrací 197

9.4.3 Integrační převodníky s dvoutaktní integrací 198

9.4.4 Integrační převodníky s třítaktní integrací 199

9.4.5 Integrační převodníky s čtyřtaktní integrací 201

9.4.6 Potlačení sériového rušení integračními A/Č převodníky 202

9.5 Delta sigma A/Č převodníky 204

9.5.1 Delta sigma modulace 204

9.5.2 Odstup signál šum delta sigma A/Č převodníků 207

9.5.3 Obvodové řešení delta sigma modulátorů 208

9.5.4 Decimační filtry delta sigma A/Č převodníků 211

9.6 Analogově číslicové systémy sběru dat 214

9.6.1 Paralelní systémy sběru dat 214

9.6.2 Multiplexní systémy sběru dat 215

10. Číslicově analogové převodníky 218

10.1 Parametry Č/A převodníků 218

10.1.1 Statické parametry Č/A převodníků 218

10.1.2 Dynamické parametry Č/A převodníků 219

10.1.3 Šumové parametry Č/A převodníků 219

10.2 Paralelní Č/A převodníky 219

10.2.1 Č/A převodníky se spínanými rezistorovými sítěmi 219

10.2.2 Č/A převodníky se spínanými proudovými zdroji 221

10.2.3 Násobící Č/A převodníky 223

10.2.4 Č/A převodníky se spínanými kapacitory 224

10.3 Modulační Č/A převodníky 225

10.3.1 Č/A převodníky s šířkovou modulací 225

10.3.2 Č/A převodníky s delta sigma modulací 227

10.4 Syntezátory spojitých signálů 228

11. Testování digitalizátorů spojitých signálů 231

11.1 Kritické parametry digitalizátorů 231

11.2 Testování statických vlastností digitalizátorů 231

11.3 Testování dynamických vlastností digitalizátorů 232

11.3.1 Metody nejlépe proložené sinusovky 233

11.3.2 Metody spektrální analýzy 235

11.3.3 Metody měření četnosti výskytu kódových slov 242

11.3.4 Testování digitalizátorů šumovými signály 244

12. Zásady návrhu systémů sběru dat 247

12.1 Přenos analogových signálů 247

12.2 Způsoby připojení zesilovačů к A/Č a Č/A převodníkům 250

12.3 Napájení a zemnění A/Č systémů 252

12.4 Zásady návrhu tištěných spojů 256

Literatura 259

Anglicko-český slovník zkratek 261

Rejstřík 263