3. Цап на основе оу

Принцип действия простейшего ЦАП поясняет схема на рис.5.

Рис.5

Основу ЦАП составляет матрица резисторов, подключаемых ко вхо­ду операционного усилителя ключами, которые управляются двоичным кодом (например, параллельным кодом регистра или счет­чика).

Коэффициенты передачи К= - Uвых/Uоп по входам 2°, 2¹, 2² и 2³ равны соответственно:

Ко =R1Zo/Ro, K1 =2R1Z1/Ro, K2 =4R1Z2/Ro, K3 =8R1Z3/Ro

где Zo – Z3 числа, принимающие значения 0 или 1 в зависимости от положения соответствующих ключей.

Выходное напряжение ЦАП определяется суммой:

Uвых = -Uoп (Ko+K1 +K2+K3) = - UопR1/Ro (Zo +2Z1+4Z2+8Z3)

Таким образом, четырехразрядный двоичный код преобразуется в уровень U_вых в диапазоне от 0 до 15ΔU, где ΔU — шаг кванто­вания.

Для уменьшения по­грешности квантования необхо­димо увеличивать число двоич­ных разрядов ЦАП.

Приведенная схема ЦАП имеет по крайней мере два недо­статка. Во-первых, к резисторам стар­ших разрядов предъявляются жесткие требования по точности и стабильно­сти.

Во-вторых, нагрузка источника Uоп изменяется в зависимости от положения ключей, что требует применения источника с малым внутренним сопротивлением для ослабления влияния этого сопротивления на U_on при разных токах нагрузки.

От перечисленных недостатков свободна схема ЦАП, показанная на рис. 6.

Рис.6

В ней используют ключи, которые подсоединяют резисторы 2R либо ко входу суммирования операционного усилителя, либо к земле. При этом токи через резисторы 2R не изменяются. Резисторы соединены в матрицу типа R—2R, имеющую постоянное входное сопротивление со стороны источника U равное R независимо от положения ключей. Коэффициент передачи напря­жения между соседними узловыми точками матрицы равен 0,5. Тогда для входа суммирования усилителя можно записать:

a3 I3 +a2I2 + a1I1 + a0I0 = -Uвых/R0

или выражая все токи через ток I3:

a3I3 +a2I3/2 +a1I3/4 +a0I3/8 = -Uвых/R0

Из этого выражения, с учетом i3 =U/2R получим, что выходное напряжение ЦАП определяется выражением:

Uвых = - UR0/16R (a0 +2a1+4a2+8a3) (1)

Задание 1 Исследование масштабного усилителя.

Порядок проведения задания

1.Собрать схему для исследования инвертирующего усилителя напряжения на ОУ в соответствии с рис. 7.

Рис.7

2. Установить сопротивления резисторов: R1=100кОм, R2=100кОм.

Подать на вход инвертирующего усилителя постоянное напряжение Uвх=Е = 1 В

3. Измерить напряжение Uвых, на выходе усилителя.

4. Рассчитать коэффициент передачи напряжения инвертирующего усилителя, используя значения входного и выходного напряжений:

К = - Uвых, / Uвх

5. Сравнить коэффициент передачи, полученный из соотношений сопротивлений R2 и R1, и реальный коэффициент передачи, полученный из экспериментальных данных.

6. Исследовать передаточную характеристику инвертирующего усилителя, т. е. зависимость Uвых = f(Uвх ).

Для этого необходимо задавать величину входного напряжения и измерять соответственно напряжение Uвых, на выходе усилителя.

Результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1

Uвх, в	0.1	0.2	0.5	1.0	5	10	15	20	25
Uвых, в

7. Построить передаточную характеристику инвертирующего Uвых = f(Uвх ) в соответствии с таблицей 1.

8. Рассчитать коэффициент передачи напряжения инвертирующего усилителя, используя измеренные значения входного и выходного напряжений:

К = - Uвых, /Uвх

9. Сравнить коэффициент передачи, полученный из соотношений сопротивлений R2 и R1, и реальный коэффициент передачи, полученный из экспериментальных данных.