Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Структура и алгоритм работы ЦАП



 

Целью практикума является:

- изучение состава и алгоритмов работы нескольких разновидностей ЦАП;

- детальное изучение и работа с ЦАП типа 572 ПА1;

- сборка электрической схемы;

- получение временных диаграмм, поясняющих алгоритм работы ЦАП;

- получение передаточной характеристики ЦАП в координатах двоичный цифровой код- аналог.

ЦАП представляет собой устройство, преобразующее информацию, выводимую с цифровых систем из цифрового вида в аналоговые уровни или другие параметры аналоговых сигналов. ЦАП сопрягает цифровую систему с датчиками, измерительными приборами, управляющими или исполнительными устройствами сложных многопараметровых объектов управления или систем сбора и обработки информации.

К настоящему времени разработаны и широко применяются несколько разновидностей ЦАП, но в основе работы каждого из них заложен принцип суммирования токов с разрядных генераторов тока с весовыми коэффициентами, пропорциональными цифровому коду, поступающему на вход ЦАП. Рассмотрим один из базовых вариантов структурной схемы ЦАП, приведенный на рисунке 7.1 и поясняющй принцип суммирования токов.

Для построения схемы предусмотрены источник опорного напряжения (ИОН), электронные ключи Кл1-Kлn, управляемые по сигналам цифрового кода А1-Аn, цепочка резисторов с двоично - взвешенными номиналами (R, 2R, 4R,..,2N-1R) и суммирующий усилитель на основе операционного усилителя (ОУ). Допустим, что пришел цифровой двоичный код, в котором в старшем разряде "1", а в остальных разрядах "0", т.е. код 100....000. Тогда ключ Клn будет в замкнутом состоянии и на вход усилителя будет поступать ток:

IN=(Uоп /R) ,

 

где: Uоп - опорное напряжение ИОНа.

 

На выходе суммирующего усилителя появится напряжение:

 

UN = IN(R/2) = (Uоп /R) (R/2) = Uоп / 2

 

Представим теперь, что появился код, в котором все разряды кода равны "0", кроме сигнала А1. В этом случае коду 000...001 будет соответствовать ток и напряжение:

I 1= Uоп /2N-1R ,

 

U1= I1 (R/2) = (Uоп /2N-1R) (R/2) = Uоп / 2N,

 

т.е. напряжение на выходе усилителя будет равно весу младшего значащего разряда (МЗР) ЦАП.

 

Рисунок 7.1 – Схема, поясняющая принцип работы ЦАП с цепочкой резисторов с двоично - взвешанными номиналами

 

Следовательно, в зависимости от кодовой комбинации на входе ЦАП замыкаются соответствующие ключи и на вход суммирующего усилителя поступают соответствующие разрядные токи, вызывающие формирование на выходе усилителя (выходе ЦАП) напряжения, пропорционального входному коду.

Существенным недостатком ЦАП с двоично - взвешенными номиналами резисторов является необходимость получения широкого диапазона тщательно согласованных номиналов резисторов от R до 2N-1R , что усложняет технологию производства таких ЦАП в микроэлектронном исполнении.

Значительное распространение получили ЦАП, построенные с последовательно-параллельной цепочкой резисторов R-2R (рисунок 7.2).

 

Рисунок 7.2 – Схема, поясняющая принцип работы ЦАП с цепочкой резисторов R-2R

 

Замечательным свойством цепочки R-2R является то, что в любом из узлов цепочки выходное сопротивление равно R. Например, в узле (1) выходное сопротивление определяется параллельным сопротивлением 2х резисторов с номиналами 2R, т.е. равно R. В узле (2) выходное сопротивление также будет равно значению R, т.к.

[ (2R||2R) + R] ||2R = R

 

Это свойство цепочки R-2R позволяет задавать разрядные токи на входе суммирующего усилителя в масштабе, пропорциональном значению R и значению цифрового кода. Действительно, если использовать электронные ключи КлN на два положения, которые позволяют подключать резисторы 2R каждого узла (разряда) или к общей шине или к опорному напряжению Uоп, то в случае кода 100...000, когда включен ключ КлN старшего разряда, а остальные ключи находятся в положении "общая шина", ток на входе будет равен:

 

IN= U оп/2R,

 

UN = (Uоп /2R) R = Uоп / 2.

 

Для кода 010...000 будет работать только ключ Кл(N-1) и задавать ток:

 

IN-1= Uоп / 4R,

UN--1 = (Uоп / 4R) R = Uоп /4.

Младший значащий разряд определяется кодом 000...001, который задает соответствующие ток и напряжение:

 

I 1= Uоп / 2N-1R,

 

U1= Uоп / 2N.

 

Таким образом, для любой из 2N кодовых комбинаций можно найти входной ток суммирующего усилителя и выходное напряжение по формуле:

 

IВХ= А Uоп /2N R,

 

UВЫХ= А Uоп /2N,

 

где: А - входной код ЦАП.

 

Преимуществом применения в ЦАП цепочки R-2R можно отметить легко поддающуюся точную подгонку номиналов резисторов, т.к. номиналы отличаются только в 2 раза. Однако, в ЦАП, построенных с применением цепочки R-2R, требуется в два раза больше резисторов и необходимы ключи на два положения, что также усложняет технологию производства этих ЦАП.

К основным параметрам ЦАП относятся:

1) разрешающая способность - число уровней квантования выходного сигнала (число двоичных разрядов входного кода).

2) интегральная нелинейность - отражает степень отклонения характеристики преобразования от идеальной характеристики (в частности от прямой линии).

3) время установления - время, требуемое для установления выходного сигнала ЦАП в пределах ± 1/2 МЗР для заданного изменения входного кода, например, при его изменении от нуля до полного значения шкалы.

В качестве примера рассмотрим структурную схему промышленного ЦАП типа К572ПА1, приведенного на рисунке 7.3.

Десятиразрядный ЦАП К572ПА1 содержит внешний источник опорного напряжения ИОН, ряд R-2R резисторов, двунаправленные ключи на МОП-транзисторах n-типа VT1-VT2, усилители - инверторы УИ для приема кодовых сигналов и выработки управляющих напряжений на ключи Кл1-Кл10, внешний суммирующий операционный усилитель ОУ. Принцип действия описываемого ЦАП аналогичен принципу действия ЦАП, приведенного на рисунке 7.2.

 

 

Рисунок 7.3 – Функциональная электрическая схема ЦАП типа К572ПА1 (А-Г)

 

Условное – графическое обозначение ЦАП в принципиальных электрических схемах представлено на рисунке 7.4.

 

 

Рисунок 7.4 – Условно – графическое обозначение ЦАП

 

Назначение выводов в обозначении:

- D0-D9 - входы для подачи цифрового кода;

- UП - напряжение питания;

- UОП - опорное напряжение;

- ОV - корпус (общая шина);

- Rос - вход подключения сигнала обратной связи;

- IВЫХ - выходной ток ЦАП;

- IВЫХ - общая шина выходного тока.

Основные параметры ЦАП 572ПА1 следующие:

- цена (вес) МЗР - 10,24 В/ 210=10 мВ;

- интегральная нелинейность характеристики - ±0,1% от полной шкалы;

- время установления выходного тока - не более 5 мкс.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.