Аналоговая фильтрация. Фильтры низкой частоты.

Прежде чем вводить сигнал в компьютер, необходимо убедиться, что он содержит только те частоты, которые относятся непосредственно к измерению. Все посторонние частотные составляющие должны быть исключены и подавлены. Для этой цели используют аналоговые фильтры. Основными характеристиками аналоговых фильтров является ширина полосы пропускания и граничная частота.

Полоса пропускания – диапазон частот, проходящих через фильтр без изменений.

Граничная частота (частота среза) - это частота на которой амплитуда сигнала ослабляется в корень из двух.

Различают фильтры низкой частоты, высокой частоты и полосовые фильтры.

Фильтр низкой частоты пропускает частоты ниже граничной частоты и ослабляет компоненты с частотами выше этого значения. Фильтр высокой частоты пропускает высокие частоты и ослабляет низкие. Полосовой фильтр пропускает частотные компоненты, лежащие между граничными отсекающими частотами.

Различают активные и пассивные фильтры.

Пассивный – если в его состав входят резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности.

Активный – если в его состав входит усилительный элемент, например, операционный усилитель

Рассмотрим фильтр низкой частоты первого порядка.

4 Аналого-цифровое преобразование. Мультиплексирование

Компьютер не может считывать непрерывно сигнал, а выбирает их только в некоторые моменты времени, поэтому компьютер воспринимает сигнал в виде последовательности дискретных значений.

Дискретизация представляет собой считывание сигнала только в определенные моменты времени. Дискретизация включает в себя мультиплексирование и аналого - цифровое преобразование. Эти операции должны быть строго синхнронизированы с помощью задающего таймера. Сама по себе дискретизация происходит быстро, однако во время АЦ-преобразования не должно быть никаких изменений во входном сигнале, которые могли бы повлиять на цифровой выход. Это обеспечивается операцией выборки и хранения в каждом цикле дискретизации. Значение аналогового сигнала считается и остается постоянным в течении всего времени АЦ-преобразования. Эта операция называется задержкой нулевого порядка. Саму эту операцию реализуют электрические схемы выборки и хранения.

Для компьютерной обработки дискретные аналоговые значения измерительного сигнала необходимо представить в цифровой форме, т.е. выполнить АЦ-преобразование, соответствующее устройство называется аналого-цифровым преобразователем. АЦП генерирует двоичное слово на основе аналогово сигнала. АЦП может работать в соответствии с различными принципами. Наиболее распространенными являются следующие методы: метод сравнения и метод пошагового приближения.

АЦП работающее по принципу сравнения входное значение сравнивается с различными уровнями напряжения, вырабатываемые на основе известного опорного напряжения и каскада сопротивлений. На выходе каждой схемы сравнения компаратора появляется 0, либо 1, в зависимости от соотношения входного и опорного напряжения. Выход каждого компаратора затем преобразуется в двоичный код с помощбю преобразователя. Такие АЦП обладают хорошим быстродействием, но довольно дороги из-за применения компаратора.

АЦП работающие по принципу пошагового приближения на вход компаратора подается сигналы от датчика и ЦАП. Счетчик быстро генерирует последовательные числа, которые с помощью ЦАП преобразуются в аналоговый сигнал. Счетчик продолжает наращивать выход до тех пор, пока разница напряжений между выходом ЦАП и входным аналоговым сигналом не сравняются.