Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП)

Принцип действия основан на суммировании взвешенных токов с преобразованием результата в напряжение.

Рис. 1.8.1Схема электрическая принципиальная простейшего ЦАП на ОУ

Здесь Е_оп — источник опорного напряжения.

Уравнение для U_вых выводится следующим образом:

IR + IR/2 + IR/4 + IR/8 = IR_oc;

I_Roc = 15•I: U_вых = -15• Е_оп.

Недостатки:

· Е_оп — нестабилен: при жестких режимах работы невозможно определить коэффициент стабилизации.

· Большая величина DR/R = 10 %:

DR/R = 1/(2ⁿ⁺¹)

Из-за относительного разброса номиналов резисторов невозможно обеспечить многоразрядное цифро-аналоговое преобразование.

ЦАП с резистивной матрицей R-2R

На рис. 1.8.2 представлена схема электрическя принципиальная резистивной матрицы R-2R

Рис. 1.8.2 Схема электрическая принципиальная резистивной матрицы R-2R

2

Рис. 1.8.3Схема ЦАП с резистивной матрицей R-2R

В данном случае U_вых = -1,875• Е_оп = (-15/8) Е_оп.

На входе операционного усилителя ДУК — двунаправленный ключ.

От ключей в составе ЦАП зависит очень многое, поэтому ключ должен обладать высоким быстродействием, так как он отвечает за быстродействие ЦАП, малым проходным сопротивлением, так как в замкнутом состоянии его сопротивление суммируется с номиналом матрицы, высоким сопротивлением в разомкнутом состоянии. Выбирая резистивную матрицу, нужно учитывать, что будет выступать в качестве ключа (от его внутреннего сопротивления).

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

Все АЦП делятся на последовательные АЦП, АЦП поразрядного уравновешивания и параллельные АЦП.

Последовательный АЦП

Принцип действия последовательного АЦП основан на преобразовании входного аналогового напряжения в пропорциональный ему временной интервал, после чего временной интервал заполняется импульсами с калиброванной частотой следования. Количество импульсов попавших во временной интервал подсчитывается счетчиком, в результате, формируется параллельный двоичный код, соответствующий аналоговому напряжению. Схема самого простого АЦП следует ниже.

Рис. 1.8.4Схема последовательного АЦП; здесь U­_{вх АН} — входное аналоговое напряжение, ГЛИН — генератор линейно изменяющегося напряжения, F_Т — частота такта

Рассмотрим временные диаграммы входов-выходов такого устройства.

ГЛИН
					t
выход компаратора
					t
выход элемента
"&"
					t

Длительность цикла преобразования Т_ц = 2ⁿ•T_n.

Может иметь в своем составе вместо ГЛИНа ЦАП: входы ЦАП соединить с выходами счетчика, выход цап — со вторым входом компаратора. При подсчете импульсов выходное напряжение ЦАП будет ступенчато возрастать и, когда U_цап = U­_{вх АН} компаратор "закроется".