Контрольні питання

31 Принцип роботи паралельних АЦП

32 Принцип роботи інтегруючих АЦП

33 Принцип роботи АЦП з послідовною апроксимацією

34 Застосування АЦП

35 Точність АЦП

36 Переваги і недоліки різних типів АЦП

Лабораторна робота №4

Тема: дослідження цифро-аналогового перетворювача

Технічне забезпечення: ПЕОМ програма EWB 40, або аналогічна

Короткі теоретичні відомості

Цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) перетворюють цифровий код в аналогову вихідну напругу. Це дозволяє використовувати цифрові коди для приведення в дію пристроїв, що потребують на виході аналогову напругу, наприклад таких, як двигуни. ЦАП виготовляють аж до десяти розрядів у вигляді напівпровідникових інтегральних схем, а також у вигляді гібридних інтегральних схем для точних перетворень з 16-розрядними і більш двійковими словами на вході. Операційні підсилювачі (ОП) застосовують в основному якості буфери підсилювачів ЦАП, тому ЦАП тут розглядають для повного викладу застосувань ОП. Існує декілька типів ЦАП. Тут розглянуті тільки два типи.

На рис. 41 наведено 4-розрядний ЦАП з резисторами, що мають двійкові ваги і вихідний сигнал ЦАП для заданого двійкового входу. Схема в принципі представляє собою суматор з дуже точно встановленою вхідною напругою. Двійкові входи реалізуються замиканням ключів. Як ключі використовують транзистори чи аналогові ключі, що замикаються за допомогою цифрових двійкових вхідних сигналів.

Рисунок 41 – ЦАП з резисторами, що мають двійкову вагу.

Якщо цифровий вхід рівний 1010 (у десятковій системі числення 10), то ключі 1 і 3 замкнуті. При цьому підсилювач стає суматором з вихідним сигналом

U_вих=- U_оп(R_oc/R║4R)= - U_оп(5R_oc/4R).

Оскільки резистори мають двійкову вагу, то кожне замикання ключа і відповідно кожен включений резистор забезпечують коефіцієнт підсилення, що відповідає вибраному двійковому розряду. Оскільки є чотири ключі, то можна перетворити 16 двійкових чисел в 16 вихідних напруг, що відрізняються одна від одної за величиною.

Основний недолік при побудові ЦАП з резисторами, що мають двійкову вагу, полягає в тому, що у всіх війкових розрядах повинні бути використані резистори з різними номінальними значеннями опорів. Так, 8-розрядний перетворювач “вимагає” резисторів, опір котрих змінюється від R до 128 R. Якщо R = 10 кОм, то 128 R=1,28 МОм. Дуже тяжко виготовити резистори з такою великою варіацією опору, котрі також були б дуже точними, узгодженими між собою і мали б однаковий температурний коефіцієнт опору.

Більш розповсюдженим типом ЦАП, в якому вирішується проблема опорів, являється ЦАП із схемою дільника R-2R. Цей перетворювач комутує тільки опір двох значень (чи одного, коли значення 2R отримується в результаті послідовного з’єднання двох R-резисторів), забезпечуючи при цьому любий бажаний рівень вихідної напруги. (що відповідає війковим розрядам вхідного числа). Численні варіації основної сходинкової схеми R-2R складає основу як монолітних, так і гібридних інтегральних схем.

На рис42 показаний 4-розрядний ЦАП із схемою R-2R дільника. Як і раніше, кожен цифровий розряд задається замиканням ключа. Як і колись, цифрове двійкове число 1010 (десяткове 10) повинно бути введено в схему замиканням ключів кл1 і кл3. Операційний підсилювач представляє собою просто буфер. Вихідний сигнал підсилювача буде рівний

U_вих = U_d [(R₁+R_oc)/R₁].

Рисунок 42 – ЦАП типу R-2R

Хід роботи

1. Зібрати схеми чотирирозрядних ЦАП

Дослідити схему чотирирозрядного двійково-зваженого ЦАП. За результатами заповнити таблицю

Десяткове число	Двійкове число	МЗР	СЗР	Коефіцієнт підсилення суматора	Вихідна напруга
0
.............
15

2. Дослідити схему чотирирозрядного ЦАП типу R-2R. За результатами заповнити таблицю аналогічну попередній.