Описание лабораторной установки.

В лабораторной установке реализована схема двухразрядного ЦАП, изображенная на рис.2.

С помощью операционных усилителей ОУ1 ОУ2, резисторов R1.1-R1.9; R10.1; R2.1-R2.; R10.2 , переключателей S1.1-S1.9; S2.1-S2.9 выполнены два одинаковых ЦАП. Эти ЦАП имеют на выходах одинаковые значения напряжений, если их переключатели стоят в позициях с одинаковыми номерами.

На операционном усилителе JEP? Резисторах R11.1 и R11.2, резисторе R12 выполнен суммирующий усилитель. Напряжение на выходе суммирующего усилителя является одновременно и выходным напряжением задатчика напряжения для последующего блока лабораторной установки. Это напряжение можно определить по формуле:

U_зад = U_вых *R12/R11.1 + U_вых *R12/R11.2 (3)

Если U_вых 1 = U_вых 2 = 1В (переключатели S1 и S2 установлены в положение 1), R11.1= 10 кОм; R11.2 = 100 кОм; R12= 4 кОм, то

U_зад = 1* 4/10 +1*4/100 = 0,4+0,04= 0,44 В.

Значит, при изменении положения переключателя S1 на одну цифру U_зад будет изменяться на 0,4 В, а при изменении положения переключателя S2 на одну цифру U_зад будет изменяться на 0,04 В. Это обусловлено тем, что сопротивления резисторов R11.1 и R11.2 отличаются в 10 раз.

Порядок выполнения работы

1. По формуле (2) рассчитать значение сопротивлений «весовых» резисторов для положений переключателей S1 и S2, указанных преподавателем (где U_оп = 10 В, R10.1 = R10.2 = 10кОм). Величина требуемых значений выходных напряжений для обоих разрядов ЦАП принять равными номерам заданных положений переключателей S1 и S2.

2. По формуле (3) рассчитать значение напряжения на выходе ЦАП.

3. Тумблером «Сеть» включить питание стенда, при этом тумблер SA1 должен находиться в положении «Выкл».

4. Установить переключатель «Контроль» в положение 1 (кт1). Поочередно устанавливая переключатель S1 в заданные положения, измерить значения напряжения U_вых 1. Значение напряжения в вольтах равно показанию прибора умноженному на 0,1. Результаты измерений занести в таблицу 1.

5. Установить переключатель в положение 3 (U_зад). Поочередно устанавливая переключатель S1 в заданное положение, измерить значения напряжения U_зад. При этом переключатель S2 должен находиться в положении «0».

6. Повторить действия пунктов 4 и 5 для переключателя S2, при этом переключатель S1 должен находиться в положении «0».

7. Установить переключатель «Контроль» в положение КТ3 одновременно устанавливая переключатели S1 и S2 в заданные положения, измерить значения U_зад для этих положений.

Для всех положений переключателей S1 и S2 в опытах по пунктам 4-7 рассчитать погрешности.

Номер опыта			1	2	3
Переключатель S1	Напряжение Uвых 1	заданное
		опыт
		погрешность
	Напряжение Uзад	расчет
		опыт
		погрешность
Переключатель S2	Напряжение Uвых 2	заданное
		опыт
		погрешность
	Напряжение Uзад	расчет
		опыт
		погрешность
Переключатель S1+S2	Напряжение Uзад	расчет
		опыт
		погрешность

Контрольные вопросы

1. Устройство цифроаналоговых преобразователей?

2. Назначение операционных усилителей?

3. Что преобразуют ЦАП?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.

Цель работы: изучение принципа действия аналого-цифрового преобразователя. Определение факторов, влияющих на точность преобразования сигналов, расчет отдельных узлов АЦП.

Теоретическая часть

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) предназначены для преобразования аналоговой величины (напряжение, ток) в цифровой код. Широко используется в измерительной технике для сопряжения различных датчиков (температуры, давления, расхода и т.п.), имеющих аналоговые выходные сигналы, с управляющими ЭВМ.

Функциональная схема АЦП, использующего в своей работе метод интегрирования, показана на рисунке 1.

Где R и С – элементы генератора пилообразного напряжения (ГПН).

На выходе ГПН имеются импульсы треугольной формы, повторяющиеся с частотой, определяемой частотой работы генератора тактовых импульсов ГТИ. Когда ключ S₁ разомкнут конденсатор медленно заряжается и напряжение на нем линейно нарастает. Когда ключ S₁ замкнут, то конденсатор С быстро разряжается через этот ключ. В результате на входе 2 компаратора К будет наблюдаться повторяющееся напряжение пилообразной формы.

Компаратор К – это электронное устройство сравнения двух сигналов. На вход 1 компаратора подается измеряемый аналоговый сигнал, на вход 2 – сигнал с генератора пилообразного напряжения. Если сигнал на входе 1 больше, чем на входе 2, то на входе компаратора устанавливается сигнал логической1. Если U_вх1 меньше равно U_вх2, то на выходе компаратора устанавливается сигнал логического нуля.

ГТИ – генератор тактовых импульсов. Это генератор вырабатывает импульсы, которые определяют интервал преобразования аналогового сигнала и интервал считывания полученного значения и обнуления показаний счетчика.

ГСИ – генератор счетных импульсов. Вырабатывает импульсы высокой частоты. Чем выше частота следования счетных импульсов, тем выше точность преобразования аналогового сигнала в цифровой.

ЗИ – логический элемент, на выходе которого устанавливается сигнал логической единицы только в том случае, если на всех трех выходах присутствуют сигналы логических единиц.

СТ – счетчик импульсов, на выходах которого в двоичной форме устанавливается сигнал, пропорциональный количеству поступавших на вход счетных импульсов.

Временные диаграммы. Поясняющие работу АЦП показаны на рисунке 2.

На входах компаратора сравниваются по амплитуде входной аналоговый сигнал и сигнал пилообразной формы с ГТИ. Когда U_вх1 > U_вх2, то на выходе компаратора присутствует сигнал логической единицы с выхода 1, ГТИ разрешает прохождение положительных счетных импульсов с ГСИ на вход счетчика СТ. Как только на входах компаратора устанавливается сигнал логического нуля, который запретит прохождение счетных импульсов через логический элемент ЗИ. Подсчет импульсов счетчиком СТ прекращается и на его выходах установится сигнал, в двоичном коде пропорциональный количеству поступивших счетных импульсов (пропорциональный величине входного аналогового сигнала).

АЦП работает повторяющимся циклам, длительность каждого из циклов равна Т = t₁ + t₂ + t₃.

Во время интервала t₁ происходит считывание значения аналогового сигнала.

Во время интервала t₂ происходит индикация полученного значения входного аналогового сигнала и одновременно разряд конденсатора С через замкнутый ключ S₁. Во время интервала t₃ происходит обнуление показаний счетчика, и счетчик подготавливается для подсчета количества импульсов во время следующего цикла.