3. Теоретическая часть
3.1. Цифро-аналоговые
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.
Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) служат для преобразования в цифровом коде в аналоговый сигнал - ток или напряжение. ЦАП широко применяется в различных устройствах автоматики для связи цифровых ЭВМ с аналоговыми системами.
Принцип работы ЦАП состоит в суммировании аналоговых сигналов, пропорциональных весам входного цифрового кода с коэффициентами равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода.
Имеется несколько видав ЦАП. Рассмотрим основные из них.
Одной из важных характеристик ЦАП является точность, которая зависит от количества разрядов. Для простоты рассмотрим четырехразрядный ЦАП.
3.1.1. ЦАП
С ДВОИЧНО-ВЗВЕШЕННЫМИ
СОПРОТИВЛЕНИЯМИ.
На рис.1. показан 4-х разрядный ЦАП с сопротивлениями, имеющими двоичные веса (номиналы), и выходной сигнал ЦАП для заданного двоичного входа. Схема представляет собой сумматор высокой точностью установленным входным напряжением. Двоичные входы реализуются замыканием ключей. В качестве ключей используется реле или аналоговые ключи, которые замыкаются с помощью цифровых двоичных
сигналов. Так как резисторы имеют двоичный вес, то каждое замыкание ключа и соответственно каждый включенный резистор обеспечивает коэффициент усиления соответствующий выбранному двоичному разряду. При 4-х разрядах можно преобразовывать 16 двоичных чисел в 16 различающихся по величине напряжений. Для повышения точности передачи необходимо увеличивать количество уровней напряжений (величина дискретизации по уровню) будет равно 2n, где n - число разрядов цифрового слова. При n=8 число уровней
будет равно 256, что в некоторых случаях бывает достаточным. Но глядя на схему рис.1. можно представить, сто с увеличением числа разрядов сопротивления, соответствующие МЗР (младшему значащему разряду) будет принимать очень большие значения.
Так если R=10 кОм, то для 8-и разрядного ЦАП сопротивление МЗР будет равно 1,28 Мом. Трудно изготовить резисторы со столь большой вариацией сопротивления, которые были бы очень точны, согласованы между собой и имели одинаковый температурный коэффициент сопротивления. В этом основной и главный недостаток данного преобразователя, не смотря на его простоту.
3.1.2. Цап типа r-2r.
Более распрстраненными типами ЦАП, в которых решается проблема сопротивлений, являются ЦАП со схемой делителя R-2R. Этот преобразователь коммутирует только сопротивления двух значений, обеспечивает при этом любой желаемый уровень выходного напряжения (соответствующий двоичным разрядам входного числа). Многие вариации основной ступенчатой или лестничной схемы R-2R составляют основу как
монолитных, так и гибридных интегральных схем ЦАП.
На рис.2. показан 4-х разрядный ЦАП со схемой R-2R делителя.
Лестничная схема R-2R работает просто как делитель напряжений с двоичными весовыми коэффициентами деления или как двоичный делитель тока. Использование резисторов одной и той же величины и одного и того же типа позволяет сделать более свободными допуски на сопротивления резисторов и более близкими их температурные зависимости. Операционный усилитель представляет собой простой буфер, чтобы исключить влияние нагрузки на точность ЦАП. Резисторные ЦАП наряду со своей простотой и дешевизной обладают недостатками: наличие аналоговых ключей на КМОП структуры снижает быстродействие ЦАП. Для повышения быстродействия применяют ЦАП с суммированием токов.