7.3. Пкн с суммированием напряжений на основе сетки резисторов

Принцип действия таких ПКН в формировании напряжений в узлах сетки резисторов таков, что выходное напряжение предыдущего узла является входным напряжением последующего.

Один из вариантов схемной реализации ПКН с суммированием напряжений представлен на рис. 7.5.

В таком ПКН при переключении ключа i-й ветви с общего провода на источник U₀ сопротивления всех ветвей, подходящих к i-му узлу, равны R.

Следовательно, напряжение в i-м узле, появляющееся под действием U₀:

Отсюда можно сделать вывод, что если все остальные ключи замкнуты на землю, то напряжение в каждом узле от i+1 до m-1 справа от i-го узла будет делиться на 2 по отношению к напряжению в каждом предыдущем узле, т.е.

и т.д.

Тогда для некоторого узла k можно записать

Для выходного узла m напряжение, передаваемое от узла (m-1), составит

.

Если замыкаются ключи в нескольких подходящих к узлам ветвях, то выходное напряжение

,

где _i = 1, если ключ в подходящей ветви i-го узла замкнут, _i = 0, если ключ разомкнут.

Множитель характеризует значение управляющего кода.

Следовательно, можно записать: .

Максимальное значение кода N_УПРмах =2^m – 1.

Отсюда .

Рис. 7.5. Функциональная схема ПКН с суммированием напряжений

на основе сетки резисторов

Недостатком такого ПКН является то, что ток через резисторы с номиналами R/2, R/4, 3R/4 увеличивается пропорционально включенным ключам (замкнутым) и становится тем больше, чем младше номер разряда в управляющем коде N_УПР.

Этот недостаток приводит к изменению температурного режима резисторов при замыкании и размыкании ключей, поэтому данный способ реализации ПКН не находит широкого применения, хотя является довольно простым в реализации.

Выходное сопротивление ПКН при условии, что источник опорного напряжения имеет выходное сопротивление R_ВЫХион = 0:

R_ВЫХ =.

Из данного уравнения видно, что R_ВЫХ не зависит от значений N_УПР, т.к. ключ замкнут либо на землю, либо на выход ИОН с R_ВЫХион = 0.

Анализируя работу схемы ПКН, можно сделать вывод, что его входное сопротивление изменяется от  (при N_УПР = 0) до R_ВХ = 3R/2 (при N_УПР = 2^m-1).

7.4. Пкн с суммированием токов

Такие ПКН делятся на две группы:

– ПКН на основе матрицы резисторов с весовыми коэффициентами;

– ПКН на основе резистивной матрицы R-2R.

7.4.1. Пкн на основе матрицы резисторов с весовыми коэффициентами

Функциональная схема ПКН данного типа приведена на рис. 7.6.

В таком ПКН используются токовые ключи, отличающиеся тем, что обладают малой разностью потенциалов между контактами в замкнутом состоянии.

Рис. 7.6. Функциональная схема ПКН на основе матрицы резисторов с весовыми коэффициентами

В целом схема представляет собой инвертирующий сумматор, для которого уравнение преобразования без учета знака выходного напряжения:

где N_УПР – управляющий входной код с максимальным значением N_max = 2ⁿ – 1.

_i = 1, если ключ в i-том разряде замкнут на выход ИОН, _i = 0, если ключ замкнут на землю.

Из анализа работы схемы данного ПКН видно, что его входное сопротивление постоянно и определяется выражением

где n – число двоичных разрядов кода N_УПР.

Максимальное значение выходное сопротивление ПКН данного типа принимает при N_УПР = 0:

а минимальное значение – при N_УПР = N_УПРmax:

Вывод: максимальное значение выходного сопротивления ПКН полностью определяется параметрами операционного усилителя в преобразователе ток – напряжение и в самом худшем случае не превышает десятых долей Ом.

Достоинства ПКН данного типа

1. Токи, протекающие через резисторы матрицы, постоянны; следовательно, характеристика преобразования ПКН стабильна.

2. Возможность получения высокого быстродействия (обусловлена малым количеством элементов).

Недостатки ПКН данного типа

1. Большое количество номиналов резисторов в матрице.

2. Значительное отличие наибольшего номинала резистора от R при большой разрядности ПКН (это приводит к значительной разнице в габаритах резисторов, а следовательно, для получения большой разрядности ПКН нужны большие габариты матрицы резисторов).