Инструменты пользователя

Инструменты сайта


examination:elt:question59

Цифро-аналоговые преобразователи. ЦАП на суммирующем усилителе и ЦАП с поразрядным взвешиванием. Назначение, схемотехническая реализация

C лекции

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП)

Это устройства преобразования информации представленной в цифровом коде в информацию аналоговую, как правило в напряжение. Принцип работы: Основан на том, что каждый разряд двоичного кода имеет определенный вес, пропорциональный соответствующему весовому коэффициенту. При этом полагается, что вес каждого последующего старшего разряда в 2 раза больше веса предыдущего, более младшего разряда. Таким образом, любому двоичному коду, записанному в виде: Xn,Xn-1,….,X1 ставится в соответствие напряжение Uвых=е*(Xn*2^(n-1)+Xn-1*2^(n-2)+…+X2*2^1+X1*2^0), где Е - напряжение, соответствующее весу младшего разряда. ЦАП может быть создан на суммирующем усилителе, построенным в свою очередь на операционном усилителе

Исходя из принципа поразрядного распределения весовых коэффициентов, сопротивление резистора, через которое подключен сигнал, соответствующий старшему разряду должно быть R, след. 2R, далее 4R и т.д.

Если напряжение, соответствующее логической 1 на входе ЦАП обозначить U1, то напряжение на выходе будет равно:

Uвых=-Roc(U/R+U1/2R+U1/4R)=-(Roc*U1)/4R*(4+2+1)=-(Roc*U1)/4R*(X3*2^2+X2*2^1+X1*2^0)

Примем, что напряжение U1=4B, а сорпротивление Roc и R одинаковы, тогда, самому малому ненулевому числу на входе преобразователя 001 будет соответствовать выходное напряжение

Uвых= -1*(0*2^2+0*2^1+1*2^0)= -1В

А самому большому числу 111:

Uвых= -1*(1*2^2+1*2^1+1*2^0)= -7В

При увеличении на 1 кода 3-разрядного числа, выходное напряжение будет изменяться скачком, называемым шагом квантования (преобразования) дельтаU=1В Относительная погрешность преобразования оценивается как: 1U/Uвых_max*100% = 14.3% Выходное напряжение 3-разрядного ЦАП ф-ии числа в двоичном коде изменяется в соответствии с графиком

Как следует из рассмотренного принципа, точность и стабильность параметров входных резисторов преобразователя имеют определяющее значение для точности преобразования

Подобрать соответствующий резистор R который соответствует R,2R,4R,….,32R,54R практически невозможно, поэтому для построения ЦАП применяют матрицу, содержащуу прецизионные резисторы веса единственного номинала R Применение наиболее распространенной матрицы R-2R в ЦАП с поразряжным взвешиванием показано на рисунке

Показанные на рисунке ключи являются элементами, построенными на би-полярных или полевых транзисторах. Если ключи установлены в положение «0», матрица резисторов образует цепь, в которой потенциалы точек a,b,c,d относительно 0 равны: E,E/2,E/4 и E/8 cоответственно

Напряжение между входами операц. усилит. близко к 0, поэтому переключение токовых ключей в положение 1 практически не влияет на распределение потенциалов между точками a,b,c,d и на вход операацион. усилителя подаются нормированные напряжения.

Например, если код числа, управляющего токовыми ключами будет 1111, то напряжение на выходах операц. усилителя будет определяться выражениями:

Uвых=-Roc*(E/2R+E/(2*2R)+E/(4*2R)+E/(8*2R)=-Roc*E/16R*(2^3+2^2+2^1+2^0)

Uвых=-Roc*E/16R*(X4*2^3+X3*2^2+X2*2^1+X1*2^0)

При Е=16В и равенстве сопротивлений R и Roc вес младшего разряда будет равен 1В, а Uвых при изменении кода от 0000 до 1111 будет изменяться от 0 до 16В

examination/elt/question59.txt · Последние изменения: 2014/01/15 08:17 (внешнее изменение)