Диплом МВ и ССО СССР и ЦК ВЛКСМ 1981 г.

Академик Метрологической Академии РФ

Почетный работник высшего образования РФ

Диплом МВ и ССО СССР и ЦК ВЛКСМ 1981 г.

“Золотой Диплом-2000” Международного Форума по проблемам науки, техники и образования (Москва, декабрь 2000 г.)

Окончил Рязанский радиотехнический институт (РРТИ) в 1961 г.

Разработал новый класс приборов – цифроуправляемые калибраторы фазы. В этих приборах широко используется идеология аналоговой и цифровой вычислительной техники. В процессе создания цифроуправляемых калибраторов фазы решил фундаментальную проблему построения цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) для воспроизведения нелинейных зависимостей - функциональных ЦАП. Для этих целей им разработаны универсальные способы построения функциональных ЦАП.

Создал новую отрасль науки, включающую научные направления:

- цифроуправляемые калибраторы фазы;

- универсальные способы построения ЦАП для воспроизведения нелинейных зависимостей - функциональные ЦАП;

- функциональные аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

- цифроуправляемые умножители частоты;

- цифроуправляемые генераторы сложных сигналов.

Автор около 200 научных работ, в том числе более 20 изобретений, двух монографий и учебного пособия.

Основные опубликованные работы:

1.Сапельников В.М. Цифро-аналоговые преобразователи в калибраторах фазы / Изд-е Башкирск. гос. ун-та.-Уфа, 1997. – 152 с.

2.Сапельников В.М., Кравченко С.А., Чмых М.К. Проблемы воспроизведения смещаемых во времени электрических сигналов и их метрологическое обеспечение /Изд-е Башкирск.гос. ун-та.-Уфа, 2000. – 196 с.

3.Сапельников В.М., Галиев А.Л., Коловертнов Г.Ю. Базовые элементы цифровой и вычислительной техники / Изд-е Башкирск. гос. ун-та.-Уфа.-2001, – 160 с.

4. Sapelnikov V.M., Maksutov A.D., Kolovertnov G.Ju., Khakimov R.A. Fanctional Digital-to-Analog Converters – New Opportunities of Instrument Making. Proceedings 10-th IMEKO TC7 International Simposium on Advances of Measurement Science. June 30 – July 2, 2004. Saint-Petersburg, Russia. Vol. 1 - P. 205 – 211.

Федеральное агентство по образованию

Федеральное бюджетное государственное образовательное

учреждение

высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электротехники и электрооборудования предприятий

В.М. Сапельников

Функциональные цифроаналоговые преобразователи

и их роль в развитии приборостроения

Авторская проблемная лекция

для студентов, магистрантов и аспирантов

Уфа 2012

ББК 32 97

Ф 33

УДК 681.325

Сапельников В.М. Функциональные цифроаналоговые преобразователи и их роль в развитии приборостроения:

Лекция. Серия «Электроте5хника и электроника». – Уфа: УГНТУ, каф. ЭЭП, 2011. - 23 с.

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) широко применяются во всех областях радиоэлектроники и приборостроения. Применение ЦАП позволяет значительно повысить метрологические и технические характеристики приборов и устройств. В особенности их роль выросла в связи с широким применением микропроцессорной техники.

Однако, существующие ЦАП, в основном, выполняют только линейную операцию – напряжение на выходе пропорционально произведению кода N и входного опорного напряжения (U_вых=N·U_оп). В то же время во многих случаях требуется воспроизведение с помощью ЦАП нелинейных функциональных зависимостей типа sinN, lg N, x^N и др. Такие задачи встречаются при построении калибраторов фазы, множительно-делительных устройств, при разработке устройств для цифровой обработки сигналов и во многих других случаях.

Так известно, что зависимость фазового сдвига от изменения регулируемой величины всегда нелинейна. Едва ли не единственным способом построения дискретных цифроуправляемых фазовращателей и калибраторов фазы становится применение ЦАП, воспроизводящих нелинейную зависимость - функциональных ЦАП.

В настоящей лекции изложены способы построения функциональных ЦАП, основанные на собственных разработках автора. Эти способы являются универсальными и более простыми, чем те, что предлагались в некоторых изданиях [8], но пока еще не отражены в широкой учебной литературе. Знакомство студентов, магистрантов и аспирантов с этой проблемой позволит им значительно расширить свой арсенал для разработки изделий радиоэлектронной и приборостроительной техники.

В.М. Сапельников

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) широко применяются для преобразования сигналов в информационно-измерительной технике, радиотехнике и приборостроении. Они являются мощным средством увеличения точности отсчета. Однако существующие ЦАП могут выполнять только линейное преобразование вида U_вых=kU_оп. В то же время в различных областях техники необходимо с высокой точностью воспроизводить нелинейные функциональные зависимости. Например, такая необходимость возникает при построении цифроуправляемых фазовращателей и калибраторов фазы, так как зависимость фазового сдвига от изменения регулируемой величины всегда нелинейна. Наиболее предпочтительный способ для осуществления этой операции – применение ЦАП.

Для воспроизведения нелинейных функциональных зависимостей и моделирования их с помощью линейных ЦАП мы использовали два вида аппроксимации: кусочно-линейную аппроксимацию и аппроксимацию степенными рядами. Каждый из упомянутых видов аппроксимации предполагает свой способ аппаратной реализации. Однако оба способа для увеличения дискретности воспроизводимой функции используют стандартные многоразрядные ЦАП.

Рассмотрим первый способ, в котором используется линейная аппроксимация воспроизводимой функциональной зависимости y = f(x) в интервале [ a+i(b-a)/n, a+(i+1)(b-a)/n ]. Здесь [ a, b ] - отрезок, который разбивается на интервалы, (b-a)/n – величина интервала аппроксимации функциональной зависимости f(x), i=0, 1, 2,..., n-1 (i - номер интервала аппроксимации, n - число отрезков аппроксимации зависимости f(x)). Полагаем, что на отрезке аппроксимации функция неотрицательна, хотя данный способ может быть расширен и на отрицательные значения функции.

В качестве многоразрядного линейного ЦАП необходимо использовать любой умножающий ЦАП с постоянным входным сопротивлением R₀ [1, 2]. Это может быть ЦАП, использующий резисторную матрицу R-2R и управляемый двоичным кодом, или делитель напряжения с шунтирующими декадами, управляемый десятичным кодом [3].

Рисунок 1. Функциональный цифро-аналоговый преобразователь

На рисунке 1 приведена схема, иллюстрирующая использование линейной аппроксимации для воспроизведения функциональной зависимости f (x). Значения сопротивлений R_1i, R_2i, R₀ связаны между собой соотношениями:

, .

Напряжения в схеме рис. 1 будут распределяться следующим образом:

,

где U - напряжение, подводимое к функциональному ЦАП.

С помощью линейного ЦАП выходное напряжение U_вых изменяется от значения U_ai до U_bi, приближенно воспроизводя в i -ом интервале зависимость f (x) c заданным шагом квантования. Для изменения интервала регулирования функциональной зависимости f(x) (старший разряд функционального ЦАП) используется ключ П (рис. 1).

Естественно, что при таком построении функционального ЦАП последний имеет методическую погрешность, вызванную линейной аппроксимацией функциональной зависимости f(x) в интервале [ , ]. Эта погрешность определяется выражением

,

где y_1i - уравнение прямой, аппроксимирующей зависимость f(x) в интервале [ , ].

Введем обозначение , тогда уравнение прямой запишется в виде:

.

Здесь £ x £ .

Методическая погрешность воспроизведения функции f(x) будет зависеть в первую очередь от вида функции и выбранного отрезка аппроксимации, а также от номера и количества участков аппроксимации.

Функциональные ЦАП, аппроксимирующие функциональные зависимости sinj и cosj, широко применяются при построении калибраторов фазы и фазовращателей (синусно-косинусные потенциометрические фазовращатели) [4, 5], в которых для формирования напряжения выхода реализуется соотношение

.

Дата добавления: 2015-08-21