Цифроаналоговые преобразователи (цап)

Цифроаналоговый преобразователь предназначен для преобразования двоичного кода в пропорциональное ему напряжение или ток. Выходное напряжение ЦАП изображено на рисунке 1.

Принцип построения цап:

1. ЦАП со взвешивающими резисторами.

2. ЦАП с матрицей R-2R.

3. ЦАП использующий одинаковые резисторы.

Рассмотреть принцип работы составляющих ЦАП:

Усилитель с большим коэффициентом усиления

Рисунок2 – Обозначение усилителя с большим коэффициентом усиления

Усилитель изображенный на рис. 2 имеет большой коэффициент усиления порядка 10⁴ – 10⁶ . Он усиливает разность входных сигналов.

Запишем аналитический вид выходного напряжения: ,

где – входные напряжения, – коэффициент усиления.

И нвертирующий усилитель

Рассмотрим схему инвертирующего усилителя (

Коэффициент усиления такого устройства определяется по формуле:

При этом фазы сигнала на выходе и входе противоположны. Потенциал на инвертирующем входе при двухполярном питании равен нулю (т.е. заземлен).

где – входной ток, – ток на выходе усилителя.

И нвертирующий сумматор

Рассмотрим схему и принцип работы инвертирующего сумматора.

Выходной ток определяется по формуле:

Запишем аналитическое выражение для выходного напряжения:

При равных сопротивлениях: выражение для выходного напряжения упрощается:

46

ЦАП со взвешенными резисторами

Обозначения – значения кода управления, где – младший разряд, – старший разряд. –аналоговые ключи.

Рассмотрим несколько случаев:

1. ,

– разомкнуты, тогда , так как на вход ничего не подается.

2. ,

– замкнут, – разомкнуты, тогда выходное напряжение будет определятся по формуле:

3. ,

– замкнут, – разомкнуты, тогда выходное напряжение будет определятся по формуле:

.

Тогда , .

4. . – замкнуты, – разомкнуты, тогда выходное напряжение будет определятся по формуле:

ЦАП осуществляет передачу части U_ОП на выход.

47

ЦАП с матрицей R-2R

Если – переключатели в левом положении; если – переключатель в правом положении.

1. Пусть а₃=1, , тогда .

2. Пусть а₂=1, , тогда

3. Пусть а₂=а₃=1, ,тогда .

Так как структура такой цепочки регулярна, в каждом разряде осуществляется деление подаваемого от источника напряжения + напряжение от предыдущей ступени, которое тоже делится пополам.

Minзначение напряжения на выходе может составлять 0, а Max -

Такая структура, на сегодня используется чаще всего.

48

ЦАП с одинаковыми резисторами

Построим схему ЦАП с одинаковыми резисторами:

49

Операционный усилитель

Операционный усилитель – это усилитель, выполняющий математические операции (сложение, вычитание, дифференцирование, интегрирование).

Достоинство такого усилителя – сравнительная простота схемы.Недостаток – резисторы имеют разброс значений номинального взвешивания (разброс номиналов резисторов более 32000, что невозможно регулировать при существующих технологиях – для 16-разрядных кодов).

ОУ – усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

50

Применение ЦАП

Цифровой потенциометр с использованием ЦАП

В такой схеме регулировочный коэффициент передачи в пределах, которые зависят от соотношения между сопротивлениями R_ЦАПиR

Для данной схемы К=0,5…0

R₁=R, R₁– максимальное сопротивление ЦАП

Генератор сигналов произвольной формы с использованием ЦАП

Р ассмотрим построение генератора сигналов с частотой и количеством ступенек равным 1024.

Частота сигнала на выходе этого генератора равна: .

Ч тобы построить функциональный генератор необходимо использовать либо несколько ПЗУ, в каждом из которых нужно записать требуемую форму сигнала, либо разделить имеющуюся память ПЗУ на части, в каждой из которых записать свою форму сигнала.