Студопедия

Главная страница Случайная лекция


Мы поможем в написании ваших работ!

Порталы:

БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика



Мы поможем в написании ваших работ!




Цифроаналоговые преобразователи

Читайте также:
  1. Аналого-цифровые преобразователи прямого действия
  2. Биметаллические преобразователи
  3. Гальванические преобразователи
  4. Гальваномагнитные преобразователи
  5. Двухконтурные э/м преобразователи
  6. Измерительные преобразователи переменного тока.
  7. Контактные преобразователи и датчики на их основе
  8. Кулонометрические преобразователи
  9. Масштабирующие преобразователи тока и напряжения на ОУ.
  10. Нормирующие измерительные преобразователи разомкнутого типа.

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) более просты для понимания, чем аналого- цифровые (АЦП). К тому же некоторые типы АЦП построены на основе ЦАП.

Входной сигнал ЦАП запишем в виде двоичного кода

В = [ ВN-1ВN-2ВN-3Вo],

где Вк (k = 0,1,2, …, N-1) равны либо 0, либо 1. Выходной сигнал ЦАП (см. рисунок 6.1) Vo пропорционален десятичному значению двоичного числа В и, следовательно, его можно представить в виде


Vo µ ВN-1ВN-2ВN-3Вo = V [ ВN-12N-1 + ВN-22N-2 + ВN-32N-3 + … +Вo2o ]=

=V = VВ, (6.1)

где V – коэффициент пропорциональности.

 
 


VR- источник образцового напряжения постоянного тока

Рисунок 6.1 – Представление ЦАП в схемах

Следовательно, V =кVR, где к – константа. Наиболее просты схемы ЦАП с резистивными элементами.

На рисунке 6.2 приведена схема простейшего 4-х разрядного ЦАП. Он состоит: из резисторов с весами Rо, Rо/2, Rо/4 и Rо/8, что соответствует двоичному коду 8-4-2-1; электронных ключей Z0, Z1, Z2 и Z3; решающего усилителя на базе операционного усилителя.

 
 


Рисунок 6.2 – Схемы ЦАП

Замкнутому состоянию ключа соответствует подключение соответствующего резистора. Например, десятичное число 5 отображается двоичной кодовой комбинацией . Будут замкнуты нулевой и третий ключи, В общем случае возможны различные варианты подобных ЦАП (см. рисунок 6.3)

 
 


а) б) в)

 
 


а – с суммированием токов; б – с делением напряжений; в – с
суммированием напряжений; Uэт – эталонное напряжение
Рисунок 6.3 – Цифроаналоговый преобразователь с резистивными
матрицами

Рисунок 6.4 – Структурная схема ЦАП на основе программируемого
усилителя

Из уравнения (6.1) видно, что отношение Vo/V – это целые числа от 0 до 2N-1, соответствующие всевозможным значениям разрядов. Следовательно, N- разрядный ЦАП можно построить на основе программируемого усилителя (ПрУ) (см. рисунок 6.4). Необходим ПрУ с коэффициентами усиления, представленными в виде арифметического ряда, состоящего из членов вида 2N с первым членом, равным 0.

Для двухразрядного ЦАП необходимо реализовать следующие коэффициенты усиления: (0, 1, 2, 3) / к. Для того, чтобы число элементов схемы было минимальным, коэффициент к должен принимать следующие значения: все отрицательные числа, 1 и 3. На рисунке 6.5 показана схема ЦАП, построенная на основе программируемого инвертирующего усилителя. Аналогичным образом, для случая к = 3 представлена схема ЦАП на базе программируемого аттенюатора (см. рисунок 6.6).

 

Рисунок 6.5 – Двухразрядный ЦАЦ при к = - 1

 

 
 


Рисунок 6.6 – Двухразрядный ЦАП при к = 3

ЦАП выпускаются в виде интегральных схем. В таблице 6.1 приведены технические характеристики прецизионных ЦАП. В зависимости от значений параметров выделяют прецизионные и быстродействующие ЦАП.
Прецизионные ЦАП имеют погрешность линейности преобразования (см. рисунок 6.7) , а быстродействующие время установления (интервал времени от подачи входного сигнала до вхождения выходного сигнала в заданные пределы) tуст = 100 нс.

Большинство современных ЦАП построено по схеме с токовыми аналоговыми ключами (см. рисунок 6.8), однако в своём составе микросхемы не содержат суммирующий операционный усилитель ОУ. Для преобразования выходного тока ЦАП в выходное напряжение используют внешние ОУ (см. рисунок 6.9).

       
   
     


Совокупность значений выходного значения ЦАП xi в зависимости от значений входного кода ai называется характеристикой преобразования (ХП) (см. рисунок 6.7). В системе координат код – выходная аналоговая величина ХП можно представить либо в виде прямой линии по некоторым углам к оси абсцисс, либо в виде ступенчатой функции. Характерными точками ХП являются её начальная и конечная точки. Дискретность изменения выходного сигнала определяется числом разрядов ЦАП, но при этом возможны отклонения конкретных значений аналоговой величины от их номинальных значений.

Рисунок 6.7 – Характеристика преобразования ЦАП ключа Рисунок 6.8- Схема электронного ключа
Т а б л и ц а 6.1  
Тип микро схем Число раз- рядов, N t уст. мкс dл, % Uвых, В (Iвых, мА) Uип, В   Uоп, В   Рпот, Вт U1вх/ U0вх
КР572ПА1 КР572ПА1 К594ПА1 К1108ПА1   К417ПА1   К417ПА2   К427ПА1       3,5 0,4       0,1…0,8 0,02…0,1 0,02 0,02   0,02*   0,02*   0,02 ±1 (5…10) (2) (3…7)   ±10   ±10   ±10 +5,4 +5; +15 -15 +5; -15 -15 ±5;15 +5; 15 ±15;5 10,24 10,24 10,24 10,24   -     - 0,1 0,4 0,7 0,9   0,7   0,7   0,5 3,6/0,8 2,4/0,8 2,0/0,8 2,0/0,8   2,4/0,8   2,4/0,8   2,4/0,8
* Для группы Б – 0,1; для группы В – 0,3

 

Для реального преобразователя ступени квантования в разных точках ХП отличаются друг от друга, поэтому на практике подсчитывают среднее значение ступеней квантования, которое называется младшим значащим разрядом (МЗР) и является единицей измерения выходной аналоговой величины. ЦАП характеризуется нелинейностью, дифференциальной линейностью, немонотонностью.

В аналоговом электронном ключе на базы транзисторов подаётся напряжение либо +6,756 В, либо -6,75 В. В первом случае транзистор Т1 находится в режиме насыщения, и напряжение на его эмиттере приблизительно равно 5 В, в то время как Т2 закрыт. Значения напряжения база – эмиттер на обоих транзисторах остаётся равным 0,75 В. Во втором случае транзистор Т2 открыт, а Т1 закрыт.Теперь напряжение на эмиттере приблизительно равно – 5 В.

Основной характеристикой ЦАП является разрешающая способность, определяемая числом разрядов N. Теоретически ЦАП, преобразующий N – разрядные коды, должен обеспечить 2N различных значений выходного сигнала с разрешающей способностью (2N-1) -1. Абсолютное значение минимального компенсационного напряжения quk (кванта напряжения) определяется как предельным принимаемым числом 2N-1, так и максимальным выходным напряжением ЦАП Uвых. Так при 12-ти разрядах число независимых квантов (ступенек) выходного напряжения ЦАП Uk составляет 212 -1 = 0,0245 %. Выбранное с помощью опорного источника напряжение шкалы, например Uшк =1 В, разделённое на это число квантов, даёт абсолютную разрешающую способность ЦАП:
δшк = Uшк / (2 12 -1) = 103 мВ/ (2 12 -1) = 2 ,45 мВ.

 


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Преобразователи и измерительные системы постоянного тока и напряжения | Аналого-цифровые преобразователи прямого действия

Дата добавления: 2014-10-14; просмотров: 377; Нарушение авторских прав




Мы поможем в написании ваших работ!
lektsiopedia.org - Лекциопедия - 2013 год. | Страница сгенерирована за: 0.003 сек.