14.2. Цифрово-аналогові перетворювачі

Основними компонентами ЦАП є матриця опорів, пристрій уводу-виводу і операційний підсилювач. На рис. 82 зображено схему простого ЦАП, який перетворює вхідну цифрову інформацію в аналоговий сигнал на основі зміни коефіцієнта підсилення ОП. Входи такого ЦАП відповідають чотирирозрядному числу 2⁰, 2¹, 2², 2³ і для кожного входу отримуємо коефіцієнти передачі

На вхід ОП подається опорна напруга U_on через ключі S₀ ÷ S₃ і залежно від їх положення (замкнені чи розімкнені) визначається напруга на виході підсилювача

Рис.82 .Схема простого ЦАП із матрицею опорів

Безперечно, для зменшення похибки перетворення необхідно збільшувати розрядність входу ЦАП. Величину називають напругою, що відповідає «вазі» наймолодшого розряду.

В загальному випадку при поданні вхідного слова вихідна напруга ЦАП визначається за виразом , де S = 1 за наявності сигналу на відповідному розряді і S= 0 за його відсутності.

В даний час ЦАП випускаються як мікросхеми серії 301НРЗ-301НР6 і коефіцієнтом поділу 1/2048 (рис. 83).

Рис. 83. Мікросхема ЦАП (а) і її графічне позначення (б)

Перетворювачі інформації характеризуються:

• похибкою при квантуванні аналогового сигналу , де N - числове значення величини х, ∆ х — крок квантування;

• швидкодією перетворення інформації;

• діапазоном зміни вхідної величини.

Приклади до розділу

Задача 14.1. Визначити значення аналогового сигналу на виході ЦАП, якщо на його вхід подається восьмирозрядне слово 11001011. Опорна напруга дорівнює U_оп = 10 В.

Розв'язок: Для визначення значення вихідної напруги використає­мо поданий вираз ,

Задача 14.2. Визначити необхідну величину опорної напруги U_on в схемі чотирирозрядного ЦАП з умови максимальної напруги на виході ОП U_{вих.макс} = =10 В. Опір резистора в ланці зворотного зв'язку R₁ =10 кОм, а опір елемента матриці опорів R = ЗО кОм.

Розв 'язок. Максимальна напруга на виході ЦАП буде за умови, коли всі ключі матриці опорів будуть замкнені. Тобто, використовуючивираз для вихідної напруги ЦАП, отримаємо _. Звідки знаходимо _.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Як називається одиниця інформації?

2. В якій формі подається цифрова інформація?

3. Чим визначається розрядність слова?

4. Назвіть основні системи числення, що використовуються в цифро-

вій техніці.

5. Поясність необхідність використання перетворювачів інформації?

6. Які є основні види перетворювачів інформації?

7. Назвіть основні компоненти схем перетворювачів інформації.

5. Для чого потрібно квантувати аналоговий сигнал?

6. Поясніть роботу АЦП.

10. Чим визначається розрядність числа в ЦАП? Ц. Поясніть приіщип роботи ЦАП.

12. Чим визначається похибка перетворювачів інформації?

ЗАДАЧІ НА САМОСТІЙНЕ ОПРАЦЮВАННЯ

14.1с. Визначити значення аналогового сигналу на виході ЦАП, якщо на його вхід подається чотирирозрядне слово 1011. Опорна напруга дорівнює U_on = 10 В.

(Відповідь: 6,875 В).

14.2с. Визначити необхідну величину опорної напруги U_on в схемі вось-мирозрядного ЦАП з умови максимальної напруги на виході ОП U_{вих.макс} = =10В. Опір резистора в ланці зворотного зв'язку R₁ =10 кОм, а опір елемента матриці опорів R = 1 МОм.

(Відповідь: 3,92 В).

14.3с. У чотирирозрядного ЦАП опір резистора в ланці зворотного зв 'язку R₁ =10 кОм, а опір елемента матриці опорів R = 60 кОм. Визначити вихідну напругу ЦАП, якщо опорна напруга U_оп = 4В, а на вхід подано чотирирозрядне слово 1001.

(Відповідь: -6 В).

14.4с. Визначити опір елемента матриці опорів ЦАП, якщо опір ре­зистора в ланці зворотного зв 'язку R₁ = 20 кОм, опорна напруга U_ап ⁼ 1,4В. Вихідна напруга ЦАП U_вих =-9,335 відповідає чо-тирирозрядному слову на вході 1110.

(Відповідь: 42 кОм).

14.5с. Чотирирозрядний цифро-аналоговий перетворювач реалізовано на базі ОП 153УД5. Визначити опорну напругу ЦАП, якщо опір ре­зистора в ланці зворотного зв'язку R₁ =12 кОм, а опір елемента матриці опорів R = 24 кОм.

(Відповідь: 1,6 В).

14.6с. Визначити напругу, що відповідає вазі наймолодшого розряду двійкового слова чотирирозрядного ЦАП, якщо опорна напруга U_on = 2,4 В, опір резистора в ланці зворотного зв 'язку R₁ =10 кОм, а опір елемента матриці опорів R = ЗО кОм.

(Відповідь: 0,8 В).

14.7с. На вхід восьмирозрядного ЦАП подано двійкове слово 10010111. Визначити вихідну напругу ЦАП, якщо вага наймолодшого розряду становить 45 мВ.

(Відповідь: - б, 795 В).

14.8с. Вихідна напруга чотирирозрядного ЦАП U_виx = -4В, визначити значення двійкового слова на вході ЦАП, якщо вага наймолодшого розряду 0,8В.

(Відповідь: 0101).

14.9с. Визначити опір елемента матриці опорів восьмирирозрядного ЦАП, якщо вага наймолодшого розряду 50 мВ, опір резистора в ланці зворотного зв 'язку R₁=10 кОм, опорна напруга U_оп = 4В.

(Відповідь: 800 кОм).

14.10с. Цифро-аналоговий перетворювач реачізовано на ОП 544УД1. Визначити розрядиість ЦАП, якщо опорна напруга U_on = 2 В, опір резистора в ланці зворотного зв 'язку R₁ =10 кОм, а опір елемента матриці опорів R = 510 кОм.

(Відповідь: восьмирозрядний).

РОЗДІЛ 15

ІНТЕГРАЛЬНІ СХЕМИ

Студенти, опрацювавши даний роздії, повинні пояснити основи створення інтегральних схем і особливості їх технологічного виконання. Знати принцип маркування мікросхем, а також вміти вибирати їх для практичного використання.