Материалы сайта
Это интересно
Измеритель отношения сигнал/шум ТВ канала
9. Анализ погрешности модуля измерения ОСШ. 9.1. Погрешность входного усилителя. 9.1.1.Погрешность от конечного усиления ОУ. Погрешность от конечного усиления определяется по формуле: [pic]; где К - коэффициент усиления на частотах измерения [pic] - коэффициент передачи обратной связи. [pic] Коэффициент усиления ОУ КР140УД1101 на рабочей частоте равен 50000. [pic] Погрешность по характеру мультипликативная, систематическая. 9.1.2. Погрешность от напряжения смещения ОУ. Погрешность определяется по формуле: [pic]. Для КР140УД1101 [pic]3мВ. Тогда: [pic] Дополнительная температурная погрешность от дрейфа напряжения смещения ОУ равна: [pic] где [pic]- температурный дрейф КР140УД1101 - 50 мкВ/оС; [pic]= 5o где [pic]- минимальная, максимальная и нормальная рабочая температура окружающей среды соответственно. [pic][pic] 9.4.Расчет погрешностей коммутатора. 9.4.1. Расчет погрешности от сопротивления открытого ключа. Т.к. выходное сопротивление источника сигнала мало по сравнению с сопротивлением закрытого ключа Rз, то можно записать для коэффициента передачи коммутатора: [pic] В идеальном случае Rо = 0; R3 равно бесконечности и К=1. Тогда погрешность : [pic] Для микросхемы К547КП1А Rо<100 Ом;R3>20 Мом. [pic] [pic]Погрешность мультипликативная систематическая. 9.2.2.Расчет погрешности от закрытого ключа. Коэффициент передачи равен: [pic] В идеальном случае R3 равно бесконечности и К=0. Тогда [pic][pic] [pic]Погрешность мультипликативная систематическая. 9.2.3.Погрешность от остаточного напряжения на ключах коммутатора. Uост<10 мкВ (для К547КП1А) Тогда погрешность: [pic] Эта погрешность носит характер аддитивной случайной. 9.3. Погрешности дифференциального усилителя. 9.3.1. Погрешность от разброса параметров резисторов обратной связи. Эту погрешность можно оценить, предположив нормальный закон распределения по формуле: [pic][pic] где [pic] погрешность i-го резистора. При [pic] [pic] Погрешность мультипликативная систематическая. 9.3.2.Погрешность от конечного петлевого усиления. Погрешность от конечного петлевого усиления определяется по формуле: [pic] где К - коэффициент усиления ОУ на рабочей частоте. [pic] =1 [pic][pic] Погрешность мультипликативная систематическая. 9.3.3.Погрешность от напряжения смещения ОУ. Эта погрешность по характеру аддитивная, систематическая. [pic] Для КР140УД1101 [pic]3мВ. Тогда: [pic] Дополнительная температурная погрешность от дрейфа напряжения смещения ОУ равна: [pic] где [pic]- температурный дрейф КР140УД1101 - 50 мкВ/оС; [pic]= 5o где [pic]- минимальная, максимальная и нормальная рабочая температура окружающей среды соответственно. [pic][pic] 9.4.Погрешность устройства сравнения. Вносимая устройством сравнения погрешность является аддитивной систематической и возникает она из-за напряжения смещения нуля микросхемы КФ1053СА1. Uсм<6мВ [pic] 9.5.Погрешность устройства выборки и хранения. Эквивалентная схема устройства выборки и хранения (УВХ) представлена на рисунке 9.1. На схеме приняты следующие обозначения |К |- ключ | |Схр |- емкость хранящего конденсатора | |R |- эквивалентное сопротивление зарядной цепи | |Rвх |- эквивалентное сопротивление нагрузки цепи | |ОУ |- операционный усилитель. | 9.4.1.Погрешность из-за недозаряда конденсатора . Заряд емкости происходит по закону: [pic] где tинт - время интегрирования; t=R*Схр. Емкость заряжается по этому закону до тех пор, пока выходное напряжение не станет равным входному, но с противоположным знаком. Это задано резисторами обратной связи, не показанными на эквивалентной схеме. Погрешность из-за недозаряда конденсатора обусловлена конечным временем выборки tинт. [pic] По характеру погрешность мультипликативная случайная. 9.4.2. Погрешность из-за разряда конденсатора. Погрешность возникает из-за конечного времени обработки сигнала. Ключ разомкнут и Схр разряжается на эквивалентное сопротивление Rэкв: Rэкв=[pic] где Rsw -сопротивление закрытого ключа (порядка 50 Мом). Rвх -входное сопротивление ОУ (для КР140УД22 Rвх>30Мом) Rэкв= [pic] Разряд Схр определяется формулой [pic] где tр - постоянная времени разрядной цепи [pic] Погрешность от разряда Схр за время tхр равна: [pic] Погрешность мультипликативная систематическая. Аналогичным методом расчитывается погрешность собственно самого УВХ с той лишь разностью, что время хранения составляет 40сек, сопротивление ключевого транзистора выше и нет другого пути разряда . [pic] 9.5.Погрешности АЦП. 9.5.1.Погрешность от дискретности преобразования. Погрешность определяется как: [pic] погрешность по характеру аддитивная, случайная (равномерный закон распределения). 9.5.2.Погрешность от нелинейности АЦП. Определяется по справочной литературе { }. Не превы-шает 0,012%. По характеру мультипликативная, систематическая. 9.5.3.Погрешность источника опорного напряжения АЦП. Погрешность определяется отклонением Uст от номиналь-ного зачения и температурной нестабильностью стабилитрона. Разброс Uст может достигать 5%, но эта погрешность корректируется калибровкой. Дополнительная температурная погрешность равна: [pic] где TKU - температурный коэффициент стабистора (для стабистора КС113А TKU= 5*10-4%) [pic]=5оС где [pic]- минимальная, максимальная и нормальная рабочая температура окружающей среды соответственно. [pic] Погрешность аддитивная, систематическая. 9.6.Суммирование погрешностей. 9.6.1.Суммирование мультипликативных погрешностей. Для удобства суммирования сведем все мультипликативные погрешности в таблицу. | |Наименование. |Значение,% |Примечание | |[p|Погр.от конечного усиления входного|0,031 |сист. | |ic|усилителя | | | |] | | | | |[p|Погр.от сопротивления открытого |0,005 |сист. | |ic|ключа. | | | |] | | | | |[p|Погр.от сопротивления закрытого |0,005 |сист | |ic|ключа. | | | |] | | | | |[p|Погр.от погрешности резисторов |0,2 |случ | |ic|обратной связи | | | |] | | | | |[p|Погр.от конечного петлевого |0,002 |сист | |ic|усиления ОУ | | | |] | | | | |[p|Погр от недозаряда конденсатора |0,024 |сист | |ic|ГЛИН. | | | |] | | | | |[p|Погр от разряда конденсатора ГЛИН. |0,064 |сист | |ic| | | | |] | | | | |[p|Погр от разряда конденсатора УВХ. |0,1 |сист | |ic| | | | |] | | | | |[p|Погр от нелинейности АЦП |0,012 |сист | |ic| | | | |] | | | | |[p|Погр от нестабильности ИОН |0,01 |случ | |ic| | | | |] | | | | Для суммирования случайных составляющих мульти-пликативной погрешности определим их СКО с учетом закона распределения (предполагается нормальный закон распределения): [pic] Значение суммарного значения СКО мультипликативной погрешности определяется по формуле: [pic] Систематическая составляющая мультипликативной погрешности определяется как алгебраическая сумма всех систематических погрешностей. Погрешности [pic] ввиду их несущественности, не учитываются. [pic] Оценку верхней границы суммарной мультипликативной погрешности дадим по формуле: [pic] 9.6.1.Суммирование аддитивных погрешностей. Для удобства суммирования сведем все аддитивные погреш-ности в таблицу. | |Наименование |Значение,% |Примечание | |[pic]|Погр от напряжения смещения |0,42 |сист | |1 |входного усилителя. | | | |[pic]|Погр от температурного дрейфа |0,036 |сист | |2 |напряжения смещения | | | |[pic]|Погр от остаточного напряжения на|0,001 |случ. | |3 |ключах | | | |[pic]|Погр от напряжения смещения дифф.|0,05 |сист | |4 |усилителей | | | |[pic]|Погр от температурного дрейфа |0,002 |сист | |5 |напряжения смещения дифф. | | | | |усилителей. | | | |[pic]|Погррешность устройства сравнения|0,05 |сист | |6 | | | | |[pic]|Погр от дискретизации АЦП |0,05 |сист | |7 | | | | |[pic]|Погрешность ИОН. |0,025 |случ. | |8 | | | | |[pic]|Погрешность дискретизации |0,25 |случ. | |9 |резуль-тата измерения | | | | |индикатором. | | | Систематическая суммарная погрешность равна: [pic] [pic] Таким образом погрешность не превышает заданную в ТЗ. 9.3.4.Погрешность от нелинейности дифференциального усилителя. Погрешность возникает от отличия значения коэффициента усиления в зависимости от значения опорного напряжения. Для операционного усилителя КР140УД1101 значение этой пог-решности в диапазоне в котором ИС работает равна 0,02% {10}. 9.6.Суммирование погрешностей. 9.6.1.Суммирование мультипликативных погрешностей. Для удобства суммирования сведем все мультипликативные погрешности в таблицу. | |Наименование. |Значение,% |Примечание | |[p|Погр.от конечного усиления входного|0,031 |сист. | |ic|усилителя | | | |] | | | | |[p|Погр.от сопротивления открытого |0,005 |сист. | |ic|ключа. | | | |] | | | | |[p|Погр.от сопротивления закрытого |0,005 |сист | |ic|ключа. | | | |] | | | | |[p|Погр.от погрешности резисторов |0,2 |случ | |ic|обратной связи | | | |] | | | | |[p|Погр.от нелинейности ОУ |0,4 |сист. | |ic| | | | |] | | | | |[p|Погр.от конечного петлевого |0,002 |сист | |ic|усиления ОУ | | | |] | | | | |[p|Погр от недозаряда конденсатора |0,024 |сист | |ic|ГЛИН. | | | |] | | | | |[p|Погр от разряда конденсатора ГЛИН. |0,064 |сист | |ic| | | | |] | | | | | |Наименование. |Значение,% |Примечание | |[p|Погр от разряда конденсатора УВХ. |0,1 |сист | |ic| | | | |] | | | | |[p|Погр от нелинейности АЦП |0,012 |сист | |ic| | | | |] | | | | |[p|Погр от нестабильности ИОН |0,01 |случ | |ic| | | | |] | | | | Однако надо заметить, что погрешности входного усилителя и первого коммутатора не влияют на результат измерения так как система АРУ компенсирует их. Таким образом эти погрешности не учитываются. Для суммирования случайных составляющих мульти-пликативной погрешности определим их СКО с учетом закона распределения (предполагается нормальный закон распределения): [pic] Значение суммарного значения СКО мультипликативной погрешности определяется по формуле: [pic] К случайной мультипликативной погрешности можно также отнести методическую погрешность, которая возникает ввиду конечного числа выборок. Длительность измерительного цикла прибора - 40 секунд. Частота появления выделенной строки - 25 Гц. Следовательно количество выборок 1000. Принимаем, что шум распределен по нормальному закону, пик-фактор шума 3. Тогда [pic], где n количество выборок. [pic]=0,005% Эта величина принебрижимо мала и не учитывается. Систематическая составляющая мультипликативной погрешности определяется как алгебраическая сумма всех систематических погрешностей. Погрешности [pic] ввиду их несущественности, не учитываются. [pic] Оценку верхней границы суммарной мультипликативной погрешности дадим по формуле: [pic] 9.6.1.Суммирование аддитивных погрешностей. Для удобства суммирования сведем все аддитивные погрешности в таблицу. | |Наименование |Значение,% |Примечание | |[pic]|Погр от напряжения смещения |0,42 |сист | |1 |входного усилителя. | | | |[pic]|Погр от температурного дрейфа |0,036 |сист | |2 |напряжения смещения | | | |[pic]|Погр от остаточного напряжения на|0,001 |случ. | |3 |ключах | | | |[pic]|Погр от напряжения смещения дифф.|0,05 |сист | |4 |усилителей | | | |[pic]|Погр от температурного дрейфа |0,002 |сист | |5 |напряжения смещения дифф. | | | | |усилителей. | | | |[pic]|Погррешность устройства сравнения|0,05 |сист | |6 | | | | |[pic]|Погр от дискретизации АЦП |0,05 |сист | |7 | | | | |[pic]|Погрешность ИОН. |0,025 |случ. | |8 | | | | |[pic]|Погрешность дискретизации |0,25 |случ. | |9 |резуль-тата измерения | | | | |индикатором. | | | Также не учитывается погрешность входного усилителя и коммутатора. Систематическая суммарная погрешность равна: [pic] [pic] Таким образом погрешность не превышает заданную в ТЗ. 10.Метрологическое обеспечение. В модуле измерения ОСШ предусмотрена градуировка и оперативная колибровка. Градуировка проводится на заводе - изготовителе после настройки модуля, и целью ее является учет