3.2. Исследование аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей в динамическом режиме

Подключить ко входу АЦП функциональный генератор (см. рис. 9) и установить на нем форму и параметры входного сигнала:

• для синусоидального напряжения – частоту F, амплитуду U_m и смещение (Offset) U_см;

• для треугольного напряжения – частоту F, длительность t₁ фронта нарастания (Duty cycle) в % от периода Т, амплитуду U_m и смещение (Offset) U_см.

Рассчитать требуемую частоту f_т.и генератора тактовых импульсов (ГТИ), которая может обеспечить достаточную скорость оцифровки аналогового сигнала на самом крутом участке его колебаний. У синусоидального напряжения наибольшая крутизна равна 2πFU_m. За один такт напряжение не должно измениться более, чем на один квант, т. е. 2πFU_mf_т.и ≤ ΔU. Отсюда f_т.и ≥  .

У треугольного напряжения более крутым участком будет тот фронт (положительный t₁ или отрицательный t₂), который короче половины периода Т. Наибольшая крутизна равна . Поэтому f_т.и ≥  . Например, для варианта (рис. 9) U_m = 2 В, ΔU = 0,02 В, t_min = 2,5 мс требуется тактовая частота f_т.и ≥ 80 кГц.

Рис. 10. Осциллограммы входного и выходного сигналов 

Выполнить моделирование аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований заданного сигнала при расчетном значении тактовой частоты f_т.и  и на частоте, в 8 – 10 раз ниже расчетной. На рисунке 10 видно, что при тактовой частоте 10 кГц, что в 8 раз меньше требуемой, на более крутом восходящем участке восстановленного напряжения наблюдаются ступеньки высотой в 8 квантов, т. е. 0,16 В.

4. Контрольные вопросы

1. Чем определяется погрешность цифрового представления сигнала на выходе АЦП?

2. В чем заключается принцип аналого-цифрового преобразования сигнала методом последовательных приближений?

3. Какие преимущества и недостатки имеет АЦП параллельного типа по сравнению с АЦП последовательного приближения?

4. Из каких соображений выбирают источники опорных напряжений для АЦП параллельного типа?

5. Как обосновать оптимальное значение частоты тактовых импульсов для АЦП параллельного типа?

6. На каком принципе основано преобразование двоичного кода в аналоговый сигнал в ЦАП с токовым выходом?

7. Каким образом выходной ток микросхемы ЦАП преобразуется в пропорциональное ему напряжение?

8. Для чего к выходному току ЦАП добавляют дополнительный постоянный ток? Как рассчитывают его величину?

5. Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

1. титульный лист;

2. наименование работы и цель исследований;

3. результаты расчета компонентов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей и тестирования устройства в статическом режиме;

4. осциллограммы моделирования аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований сигнала в динамическом режиме при расчетной частоте тактовых импульсов;

5. осциллограммы моделирования аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований сигнала при пониженной частоте тактовых импульсов.

Литература

1. Федорков, Б.Г. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение / Б.Г. Федорков, В.А. Телец – М.: Энерго-атомиздат, 1990. 320 с.

2. Применение интегральных схем: Практическое руководство. В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ. / Под ред. А. Уильямса. – М.: Мир, 1987. 432 с.

3. Опадчий, Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника: Полный курс [Текст]: учебник для вузов / Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров. М.: Горячая линия Телеком, Радио и связь, 2005. 768 с.

4. Схемотехническое моделирование аналоговых и цифровых электронных схем: Методические указания по применению программы Electronics Workbench 5.0 при выполнении лабораторных работ по курсам электротехники, электроники и схемотехники ЭВМ / Курск. гос. техн. ун-т; Сост. В.И. Иванов. Курск, 2003. 59 с.