EWB. Устройства, выборки и хранения

Одной из важнейших характеристик аналого-цифрового преобразования сигналов является апертурное время — временной интервал, характеризующий неопределенность момента преобразования входного аналогового сигнала и вызывающий появление дополнительной (динамической) погрешности преобразования. Неопределенность выражается в том, что выходной код аналого-цифрового преобразователя (АЦП) пропорционален не мгновенному, а усредненному за время преобразования значению входного сигнала. Поскольку время преобразования для большинства АЦП зависит от значения входного сигнала, то в качестве апертурного времени принимается интервал, в течение которого входной сигнал изменяется на единицу младшего разряда АЦП. Это накладывает определенные ограничения на скорость изменения преобразуемого входного сигнала. Так, например, при времени преобразования 8-разрядного АЦП (п=8) Т=100 мкс (время от начала преобразования до момента получения выходного кода) максимальная частота входного аналогового сигнала не должна превышать значения

Для уменьшения апертурной погрешности используются устройства выборки и хранения (УВХ), работающие синхронно с АЦП. Основное назначение УВХ — запомнить мгновенное значение входного аналогового сигнала на время преобразования. В этом случае апертурное время определяется только быстродействием УВХ и может составлять несколько наносекунд, а это означает, что частоту входного аналогового сигнала можно повысить на несколько порядков.

Один из вариантов УВХ показан на рис. 10.39 aоно состоит из ОУ OU1 с запоминающим конденсатором Cm в цепи отрицательной обратной связи и управляемого от источника Uy ключа К. При разомкнутом ключе УВХ находится в режиме хранения выборки аналогового сигнала, подаваемой на вход АЦП (горизонтальные площадки на осциллограммах рис. 10.39, б). Когда преобразование заканчивается, ключ К переводится в замкнутое состояние и на конденсаторе запоминается очередная выборка аналогового сигнала. Напряжение на конденсаторе Cm до момента перехода в режим хранения полностью повторяет по форме входное напряжение, поскольку OU1 функционирует в режиме инвертирующего усилителя с коэффициентом передачи К=К2/К1=1. Инвертирующий усилитель на OU2 выполняет роль буферного.

Недостатком схемы на рис. 10.39, а является увеличение апертурного времени из-за конечного времени заряда конденсатора Cm через резистор R1 (для серийной ИС УВХ типа К1100СК2 это время составляет 100 нс). Однако этот недостаток имеет и положительные свойства. Достоинством этой схемы является возможность повышения помехозащищенности АЦП, если соответствующим образом выбрать частоту квантования (частоту источника Uy) и использовать алгоритмы цифровой фильтрации сигналов при дальнейшей обработке выборок в управляющей микроЭВМ. Простейший алгоритм такой фильтрации рассмотрим на примере уменьшения влияния напряжения помехи сетевой частоты (50 Гц) и ее гармоник. Предположим, что полезный сигнал — постоянное напряжение Е., на которое наложена такая помеха. Непрерывный сигнал в этом случае можно представить как

Если отсчет напряжения берется в момент времени Тц то мгновенное значение напряжения, воспринимаемое ЭВМ, будет равно

Если второй отсчет берется в момент времени

половине периода сетевой помехи и является известной величиной), то напряжение второй выборки равно

Как видно из сравнения Ео, и Ео2 выборки нечетных гармоник помехи находятся в противофазе. Если полученные отсчеты сложить и разделить на два, то результирующий сигнал

Таким образом, результирующий сигнал состоит из собственно полезного сигнала Es и четных гармоник помехи. Основная и все нечетные гармоники помехи оказываются полностью подавленными. Если далее использовать дополнительную фильтрацию полезного сигнала, то в этом случае необходимо отфильтровывать лишь составляющие помехи с частотами 2w и выше.

Рассмотренный алгоритм подавления помех можно промоделировать, изменяя фазу источника опорного напряжения Uy и сравнивая осциллограммы выходных сигналов на выходе схемы на рис. 10.39, а. Более детальное моделирование можно провести, используя два УВХ (для получения двух выборок) и рассмотренный ранее суммирующий усилитель.

1. Что такое устройство выборки и хранения и где оно находит применение?

2. Проведите моделирование УВХ на рис. 10.37, а при входном напряжении 10 и 100 мВ.

3. Определите составляющую апертурного времени, вызванную конечным временем заряда конденсатора Cm через резистор R1, и определите в связи с этим ограничения на частотный диапазон входного сигнала по формуле (10.10).

4. Проведите моделирование УВХ на рис. 10.39, а в режиме подавления помех в соответствии с вышеизложенной методикой цифровой фильтрации сигналов.

5. Подготовьте схему устройства цифровой фильтрации, состоящего из двух УВХ и двухвходового сумматора, и проверьте ее работоспособность.

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.