10.4. Цап на источниках тока

ЦАП на источниках тока обладает более высокой точностью и быстродействием, чем ЦАП, представленный на рис. 1 .1. Промышленным аналогом такого ЦАП является ИС 594ПА1. ЦАП содержит преобразователь опорного напряжения в ток (ПНТ), источники тока на биполярных транзисторах, аналоговые ЭК S1–S12, схему управления ЭК и комбинированную РМ, которая состоит из взвешенных резисторов и РМ типа R‑2R. Данный двенадцатиразрядный ЦАП (рис. 1 .2) содержит три тетрады источников тока.

Первые две тетрады (старшая и средняя) включают в себя взвешенные резисторы R, 2R, 4R, 8R, которые соединены с эмиттерами VT1–VT8 источников тока, а младшая тетрада включает в себя РМ типа R‑2R. Весовые (разрядные) токи формируются источниками тока на биполярных транзисторах с высоким внутренним сопротивлением. Поэтому токи разрядов не зависят от сопротивления ключей.

Рис. 1.2. Функциональная схема ЦАП на источниках тока

ПНТ выполнен на ОУ и транзисторе VT_о. Так как И-вход ОУ соединен с общей шиной, то выходное напряжение ОУ, формирующее одинаковый потенциал баз всех транзисторов, устанавливается таким, что коллекторный ток транзистора VT_о принимает значение I_о = Е_о /R_о. Для того чтобы были равны и потенциалы эмиттеров всех транзисторов, площади их эмиттеров делают различными в соответствии с весовыми коэффициентами. Следовательно, разрядные токи в старшей и средней тетрадах обратно пропорциональны сопротивлениям эмиттерных нагрузок R, 2R, 4R, 8R. Источники тока двух старших тетрад рассчитаны на токи 1; 0,5; 0,25; 0,125 мА, а младшая тетрада имеет токи в два раза меньше.

В младшей тетраде правый резистор 2R подключен к эмиттерам двух транзисторов VT12 и VT13. В результате чего коллекторный ток VT12 равен половине коллекторного тока VT11. Выходной ток n-разрядного ЦАП равен

I_вых = I_о X / 2ⁿ.

10.5. Цап с выходом по напряжению

Встречаются ситуации, например, при применении ИС 572ПА1, 572ПА2, когда требуется организовать выход по напряжению у имеющегося в наличии ЦАП с токовым выходом. Для этого можно использовать схемы рис. 1 .3.

Рис. 1.3. Формирование выхода ЦАП по напряжению с помощью:

резистора нагрузки (а), преобразователя ток - напряжения (б),

неинвертирующего усилителя (в), биполярного выхода (г)

Выходное напряжение схемы рис. 1 .3, а равно U_вых = I_вых·R_н. Если выходной ток ЦАП изменяется в пределах 0…1 мА, то при R_н = 100 Ом, выходное напряжение будет изменяться в пределах 0…100 мВ. Быстродействие ЦАП в этом случае будет дополнительно уменьшено пропорционально постоянной времени τ = R_н·С_вых , где С_вых – сумма паразитной емкости выхода ЦАП и емкости монтажа.

Если требуется получить большой диапазон напряжений, то следует воспользоваться схемами (рис. 1 .3, б, в). На рис. 1 .3, б применен ОУ, включенный по схеме ПТН. Конденсатор С_ос нужен здесь для обеспечения устойчивой работы схемы. Он компенсирует влияние паразитной емкости С_вых. Выходное напряжение схемы (рис. 1 .3, б) равно U_вых = - I_вых·R_ос, а для схемы (рис. 1 .3, в)

U_вых = I_вых·R_н·К,

где К – коэффициент усиления неинвертирующего усилителя: К = 1 + R2/R1.

Формирование биполярного выходного напряжения ЦАП. Используемые в схемах ЦАП аналоговые электронные ключи, чаще всего, способны переключать сигналы только одной полярности. Поэтому для получения биполярного выходного сигнала используют специальные схемы, одна из которых приведена на рис. 1 .3, г.

Управление электронным ключом S1 производят сигналом СР x_n ЦАП, который принимает либо высокий уровень , либо низкий уровень . Допустим, что при уровне ключ замкнут, а при уровне ключ разомкнут. Если ключ замкнут, то схема биполярного выхода на ОУ DA2 работает как инвертирующий усилитель. Его коэффициент передачи при R1 = R3 равен К_и = -1. При разомкнутом ключе коэффициент передачи по И-входу ОУ DA2 равен К_и = -1, а по Н-входу – К_н = 2. Откуда общий коэффициент передачи равен

К = К_н + К_и = 1.

Таким образом, на выходе формируется биполярный сигнал:

U_вых = ± U_вх.