EMT

+ Durchlassbereicheben, bis dicht oberhalb der fg: V= 0dB

+ mittlere Flankensteilheit im Sperrbereich

- erhebliches Überschwingen der Sprungantwort

+ sehr hohe Flankensteilheit im Sperrbereich, schnell oberhalb fg

- im Durchlassbereich erhebliche Versträrkungsschwankungen( <= 3db)

- starkes Überschwingen der Sprungantwort (30%)

Bild

A/D-Umsetzer hat einen endlichen Wertevorrat, daher teilt er die Eingangsignale in 2ⁿ Stufen ein.

8bit ADU: 2ⁿ → 2⁸ = 256 Amplitudenstufen

Bei Us ± 10V : (^20V/_{256 Stufen}) = 78,13 ^mV/_Stufe

F_Q= U_dig - U_anl , F_Q = max ±½LSB

Der Fehler liegt an dem Umsetzungssystem, tritt also auch bei idealen Bauteilen auf.

Eine Folge mehrer einzelner Quantisierungsfehler nennt man Quantisierungsrauschen. f_rausch von 0 bis ^fabt/₂

^S/_N|_dB= 6,02 * N_Q+1,76 dB

bzw

N_Q=^S/_N|_dB / 6dB

Steigende Spannungen an den Widerständen der "Referenzkette". OPVs schalten logisch 1 durch bis U_ref > U_einam OPV

++Extrem schnelle Umsetzung (Nanosekunden → Bildverarbeitung)

++ Logarythmische Kennlinie einfach realisierbar

-- Hoher bauteileaufwand (2ⁿWiderstände, 2ⁿKomperatoren)

-- Geringe Auflösung (max. 10-11 Bit)

1. Laden des Kondensators mit unbekannter spannung U_ein
2. Zähler auf 0 setzen und entladen des Kondensators
3. Die Endladezeit mit der bekannten Spannung U_ref kann direkt einer Eingangspannung zugeordnet werden

++ geringer Schaltungsaufwand

++ hohe Auflösung und Genauigkeit (16-22 Bit)

--langsame Umsetzung (Millisekunden)

Es wird sich Schrittweise an die Ue angenähert. Wenn die "getestete" Spannung kleiner als ue, wird das Bit gesetzt, ist sie größer, nicht.

++schnelle Umsetzung (Microsekunden → allgemeine Messdaternerfassung)

++ geringer Schaltungsaufwand

++ hohe Auflösung (12-16 Bit)

-- benötigt unbedingt ein vorgeschaltetes S&H

• Liefert binäre Pulskette am Ausgang deren gemitteltes Tastverhältnis proportional zu Ue ist.

Bsp:

Ue= 0 → Ua = 10101010

Ue -- → Ua 000001000001

Ue ++ → Ua =1111110111110

++Umsetzzeit und Auflösung gegeneinander tauschbar

++schnelle Umsetzung (Microsekunden → allgemeine Messdatenverarbeitung)

++ hohe Auflösung (16-24Bit)

++sehr geringer Schaltungsaufwand, leicht intergrierbar

-- digitale Filter(TP,Dezimation) müssen nachgeschaltet werden

• Erhöhung der Abtastfrequenz zur Steigerung der Genauigkeit
• Bei AD- und DA-Umsetzern möglich
• Erhöhung fa alleine reicht nichht, erhöht nur Datenvolumen

Bsp. Motordrehzahl bei DC-Motor

Drehzahl über PWM

0000      0%      Solldrehzahl        37,5%

1000      25% 

1100      50%    (50% + 25%)/2 =37,5%

1110      75%

1111     100%     10001100 Abwechseln Taktmuster 2*4 bit → 8 Takte

Soll: 32%

5*25% + 2*50% → 32% → 7*4bit → 28 Takte

Durch einfügen künstlicher Zwischenwerte wird der Umsetzertakt erhöht, was die Frequenz des Störspektrums nach oben verschiebt.

Bsp.:

Ohne OS: oberste Nutzfrequenz: 20kHz,Störspektrum (44100-20000)Hz = 24,1kHz

Mit OS: oberste Nutzfrequenz: 20kHz, Störspektrum (88200 - 20000)Hz = 68,2 kHz

Mit Oversampling benötigt der Restaurations-TPF eine geringere Flankensteilheit zugunsten der Realisierbarkeit und des Einschwingverhaltens.

• Impulsantwort besteht aus zeitlicher Folge der Filterkoeffizienten
  • n+1 Takte nach dem Impuls ist der Ausgang = 0
• Arithmetische Summe der Filterkoeffizienten ergibt die "gleichspannungs"-Verstärkung
• Vorzeichenmäßig alternierende Summe der Filterkoeffizienten
• Verstärkung bei höchster er laubter Frequenz (f ≤ fa*2)
• Multiplikation aller Filterkoeffizienten mit einem Faktor änder die gesamtverstärkung des Filters
• Gruppenlaufzeit ist Frequenzunabhängig: T_gr=½*n*Ta

Bild

V_dB= 10*log₁₀(^Pa/_Pe)dB

^S/_N|_dB= 20*log₁₀(^Us/_Un)dB

T_ph=^-φ/_ω (Frequenzabhängige Phasenverschiebung)

Schalten zwischen zwei festen Zustanden (U,I)

Sperren/Durchschalten eines Zustanden

• Sperr-/Durchlasswiderstand →∞
• Schaltzeit, Schaltebereich (U,I)
• Potentialtrennung, Leistungsverbrauch der Ansteuerung

H(A)= ^Ua/_Ue=A(f) * e^jφ(f)

Funktionsweise: U_st=15V, Ue=-10V bis +10V, U_Bulk=-10V bis + 10V

Schalter leitend: U_st=+15V, d.h. G1: +15V, G2: -15V

Für den gesamten Ue Bereich(-10V bis + 10V) sind beide transistoren leitend.

Schalter sperrend: U_st=-15V, d.h. G1: -15V, G2:+15V

Für den gesamten Ue Bereich(-10V bis + 10V) sind beide transistoren sperrend.

Fallunterscheidung:

Ue steigt von 0V auf 10V: U_gs1 wird kleiner, U_gsr wird größer, d.h. T1 wird hochomiger, T2 wird niederomiger

Ue fällt von 0V auf -10V: U_gs1 wird größer,U_gs2 wird kleiner, d.h. T1 wird niederomiger, T2 wird hochomiger

Bild

Dimensionierung:

I_zmax=^Pv/Uz       mit Uz = max zulässige Verlustleistung

Uz (oben einsetzen) =Rv*Iz

Iz= ^Pv/Rv*Iz 

Pv = ^Pv/_Iz²

• Quantenmechanischer Tunneleffekt
• bei hoher Dotierung(Durchbruch unter 5V)
• Exponentielle U/I-kennlinie
• Tempertaturkoeffizient wird negativ

• Lawienendurchbruch
• bei niedriger Dotierung
• scharfe Kennlinie

Bild

Uref=(1+^R2/_R2)*Uz

Arbeitsweise der Schaltung:

• Durch den Widerstand R3 und die Z-Diode fließt der konstante Strom Iz=^(Uref-Uz)/R3
• Unterdrückung der Eingeangsspannungschwankungen durch Betriebsspanungsdurchgriff D=^ΔUoff/_ΔUb