10. 7. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) преобразуют инфор­мацию о сигнале в аналоговой форме, т.е. о напряжении, непрерывном во времени, в информацию о нем в форме цифрового кода — обычно в двоичной системе счисления. Они применяются, например, в АСУ технологическими процессами для ввода информации в управляющую ЭВМ от датчиков состояния объекта управления.

Различают последовательные и параллельные АЦП. Рассмотрим как наиболее распространенные параллельные АЦП.

На рис. 10. 22, а приведена принципиальная схема параллельного АЦП на два разряда т = 2 на основе 2^т - 1 = 3 компараторов

(см. рис. 10. 1). Опорные напряжения для компараторов задаются источником постоянной ЭДС Е₀ и делителем напряжения на резисторах. Работу преобразователя при значении ЭДС Е₀ = 3В и опорных напряжениях компараторов 0,5; 1,5 и 2,5 В иллюстрирует рис. 10. 22, б. Если значение ЭДС преобразуемого сигнала е_с < 0,5 В, то напряжения на выходах всех компараторов имеют отрицательные значения (см. рис. 10.2) и цифровой код на выходе преобразователя равен 00. При увеличении напряжения преобразуемого сигнала сначала в интервале 0,5 В е_с 1,5 В изменится значение напряжения с отрицательного на положительное на выходе только компаратора 1, затем при 1,5 е_с 2,5 В — компараторов 1 и 2 и, наконец, при 2,5 В е_с — всех компараторов. Устройство на основе логических элементов НЕ, И и ИЛИ, показанное на рис. 10. 22, а внутри штриховой линии, преобразует совокупность сигналов с выходов компараторов в цифровой код.

Рис. 10.22

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) преобразуют цифровой двоичный код в аналоговое выходное напряжение. Это позволяет, например, использовать цифровой двоичный код для управления работой исполнительных механизмов, таких как электрические двигатели, реле, выключатели и т. д.

Имеется несколько типов ЦАП. Здесь рассмотрим ЦАП с двоично-взвешенными сопротивлениями на основе инвертирующего сумматора напряжений (см. рис. 9.58).

На рис. 10. 23 показана принципиальная схема четырехразрядного ЦАП с двоичными весами сопротивлений резисторов в цепях разрядов. Сопротивление цепи старшего разряда равно R, младшего разряда — 8R.

Рис. 10.23

Напряжение на выходе ЦАП при и_ск =Е₀ по (9.34)

где наличие или отсутствие слагаемых в выражении для коэффициента усиления напряжения К_и совпадает с включенным или выключенным ключом в цепи соответствующего разряда. Ключами обычно служат транзисторы (см. рис. 10.3, а), базовые цепи которых подключаются к источнику цифровых сигналов в двоичной системе счисления.

10. 8. Оптоэлектронные устройства

В ряде случаев управление током в цепи целесообразно осуществить с помощью полупроводникового прибора, в котором конструктивно объединены источник и приемник излучения — оптопара. Условные изображения на схемах электрических цепей диодной, транзисторной и тирсторной оптопар приведены на рис. 10.24, а — в.

Рис. 10.24

Главным достоинством оптопар является отсутствие электрической связи между управляющей и управляемой цепями. Оптопары работают в качестве управляемых ключей (рис. 10.24, б), реле, коммутаторов и т.д.