Схема ЦАП с двоично--взвешенными резисторами (цап с суммированием напряжением)

Лекция № 10

Тема: «Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи»

 

Текст лекции по дисциплине: «Цифровые устройства и

микропроцессоры»

КАЛИНИНГРАД

Г

Содержание

Введение.

 

Учебные вопросы (основная часть):

 

1. Цифроаналоговые преобразователи

2. Аналого-цифровые преобразователи

 

Заключение

 

 

Литература:

Основная литература

Л.2. Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров «Аналоговая и цифровая электроника», М.-Горячая линия- Телеком, 2000г. с. 736-762

Дополнительная литература

Л.5. Е.П. Угрюмов «Цифровая схемотехника», Санкт-Петербург, 2000г. с. 77-90

Л.6. Ю.А. Браммер. И.Н.Пашук «Импульсные и цифровые устройства», М.-Высшая школа, 1999г. с. 284-295

Л.9 Б.А.Калабеков «Цифровые устройства и микропроцессорные системы», М.: «Горячая линия - телеком», 2000 г. 156-173

 

 

Учебно-материальное обеспечение:

1. Полилюкс

2. Слайды

3. Плакаты

 

 

Текст лекции

 

Введение

В настоящее время всё большее распространение имеют системы и устройс­тва, которые в качестве информационного сигнала используют цифровые сигналы. При этом при обработке и выдаче информации необходимо преобразовывать ин­формацию из цифровой формы в аналоговую и наоборот.

 

1. Цифроаналоговые преобразователи.

 

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)- устройство, предназначенное для преобразования цифрового сигнала в аналоговый.

Другое название такого устройства - преобразователь код-аналог.

Назначение следует из определения.

 

Классификация цифро-аналогового преобразователя.

ЦАП классифицируется по следующим основным признакам:

По числу разрядов преобразуемого кода:

* 4-х разрядная;

* 8-и разрядная;

* и т.д.

По принципу действия:

* ЦАП с суммированием напряжения:

- ЦАП с суммированием напряжения с двоично-взвешенными резисторами;

- ЦАП с суммированием напряжения на резистивной матрицей;

* ЦАП с суммированием токов:

- ЦАП с суммированием токов в резисторной матрице.

* ЦАП с делением напряжения.

3. По роду выходного сигнала:

* ЦАП с токовым выходом;

* ЦАП с потенциальным выходом;

* ЦАП с резистивным выходом.

4. По полярности выходного сигнала:

* униполярные ЦАП;

* биполярные ЦАП.

5. По характеру опорного сигнала:

* с постоянным опорным сигналом;

* с изменяющимся опорным сигналом (умножающие).

 

Устройство цифроаналогового преобразователя.

Рис. 1 Устройство цифроаналогового преобразователя

Структурная схема ЦАП состоит из:

* резистивной схемы;

* суммирующего усилителя.

Назначение элементов схемы:

* резистивная схема учитывает веса разрядов цифровых сигналов на входе;

* суммирующий усилитель - усиливает поступающее на его вход сигналы до необходимого уровня.

В качестве суммирующего усилителя, как правило, используют ОУ.

 

Условное обозначение:

На схеме ЦАП обозначаются следующим образом:

 

или

Рис. 2 УГО ЦАП

В такие схемы могут включатся резисторные матрицы и ОУ, либо только ре­зисторные матрицы (набор сопротивлений R).

В схемотехническом исполнении ЦАП представляет собой, как правило, однокорпусную микросхему. Обозначаются такие микросхемы следующим образом. Например: К 594 ПА1: где: А - код аналог, П - преобразователь.

 

Принцип работы цифроаналогового преобразователя.

Значение выходного напряжения U_вых ЦАП пропорционально весу присутствую­щего на входе кода.

Таким образом, выходное напряжение является суммой напряжений на входах, которые относятся друг к другу как веса соответствующих разрядов.

Представим схему ЦАП структурным эквивалентом в виде Рис. 3.

Рис. 3 Структурный эквивалент схемы ЦАП

В этом случае,

* от "1" в первом разряде на выходе появляется уровень напряжения логи­ческой единицы U¹;

* от "1" во втором разряде - 2U¹;

* от "1" в третьем разряде - 4U¹, и т.д.

Т.е. напряжение на выходе пропорционально весу разряда.

Например:

Если на входе присутствует код 1011,то выходное напряжение равно

U_вых=1U¹+1(2U¹)+0(4U¹)+1(8U¹)=11U¹

Т.е. выходное напряжение пропорционально двоично-десятичному коду числа.

Физически (с помощью графика) такое напряжение можно представить следующим образом:

Рис. 4 Выходное напряжение ЦАП

Таким образом, каждый двоичный код на входах ЦАП преобразуется в соответствующую ему дискретную аналоговую величину с периодом повторения Т. В дальнейшем эта последовательность модулированных по амплитуде импульсов поступает на вход устройств, осуществляющих преобразование указанной последовательности импульсов в непрерывный аналоговый сигнал

 

Рассмотрим схему простейшего ЦАП на резисторах и ОУ.

Схема ЦАП с двоично--взвешенными резисторами (цап с суммированием напряжением)

В данной схеме, чем больше величины сопротивлений R, тем меньше коэф­фициент усиления ОУ, К_у. Следовательно, для меньшего разряда величины сопро­тивления равно 8R.

Рис. 5 Схема ЦАП с двоично-взвешенными резисторами (ЦАП с суммированием напряжением

Работа схемы цифроаналогового преобразователя.

Токи, обусловленные напряжением логической единицы U¹ в разрядах кода сум­мируются на R_ос и создают:

U_вых=R_oc((U¹/R)*a₄+ (U¹/2R)*a₃+ (U¹/4R)*a₂+ +(U¹/8R)*a₁)=(U¹R_oc/R)(1a₄+1/2*a₃+1/4*a₂+1/8*a₁)= =(U¹R_oc)/8R(8a₄+4a₃+2a₂+1a₁)

Величина U¹R_oc/8R называется коэффициентом преобразования.

а_i - обозначают цифры 1 или 0 в разрядах кода.

Как видно, записанная в скобках сумма является двоичным кодом чис­ла, т.е. выходное напряжение U_вых пропорционально весу действующего на входе кода.

Недостатком такой схемы является следующее:

* в схеме используются резисторы с широким дискретным номиналом;

* трудно выдержать соответствие весов 1 2 4 8 и т.д. при изменении тем­пературы и как следствие, не высокая точность преобразования.