Общая структурная схема цап

представлена на рис. 2.19:

Рис. 2.19. Общая структурная схема ЦАП

ЦАП состоит из двух блоков: группы резисторов, образующих многозвенную регистровую схему лестничного типа (резистивную матрицу), и операционного усилителя (ОУ), используемого в качестве суммирующего (масштабирующего) усилителя.

Назначения резистивной схемы – учет весовых коэффициентов для цифровых сигналов (вес 1 на входе B в 2 два раза больше веса на входе A, вес 1 на входе C в 4 раза больше веса на входе A и т.д.).

Назначение усилителя – усилить сигналы с выхода резистивной схемы до уровней, соответствующих таблице 2.2. Основная схема усилителя представлена на (рис. 2.20), а коэффициент передачи по напряжению равен .

Рис. 2.20. Схема усилителя ЦАП

Основная схема простого цап

приведена на рис. 2.21:

Рис. 2.21. Основная схема простого ЦАП

Особенность схемы – ОУ требует симметричного питания (двуполярного, достаточно высокого уровня).

При положении переключателей в положении «0» - на выходе ОУ будет . Эта ситуация соответствует первой строке таблицы 2.2.

При положении , приложенного к входу усилителя. Коэффициент передачи: и напряжение на выходе составит , что соответствует двоичной комбинации на входе 0001 (строка 2 таблица 2.2).

Подадим комбинацию 0010 (B=1). При этом , , что соответствует строке 3 таблицы 34.2, и т.д. При установлении A=1, B=1, C=1, D=1 , и .

В качестве входного устройства может быть выбран 5-разрядный коммутатор – уровень останется прежним, изменится только «шаг» ступеньки и их количество.

Цифроаналоговый преобразователь лестничного типа

Одна из возможных схем ЦАП лестничного типа приведена на рис.2.22:

Рис.2.22. Схема ЦАП лестничного типа

Эту резистивную схему иногда называют R-2R-схемой лестничного типа. Ее преимущество - используются резисторы только двух номиналов: номиналы «горизонтальных» резисторов «лестницы» в два раза больше номиналов «вертикальных» (отсюда и название схемы).

Работа схемы аналогична предыдущей и ее суть отображена на таблице истинности (табл.2.3).

Входное напряжение выбрано как наиболее близкое к уровню ТТЛ–логики, т.е. входы A, B, C и D можно непосредственно присоединять к ИС любой ТТЛ-ИС.

Возможно применение большего числа входов (разряды с весом 16, 32 и т.д.), однако структура входной резисторной цепи останется прежней.

Недостатком первой схемы является необходимость использования резисторов с очень высокой точностью и большим диапазоном номиналов.

Таблица 2.3

Двоичный вход				Аналоговый выход
8	4	2	1	Вольты
D	C	B	A
0	0	0	0	0
0	0	0	1	0,25
0	0	1	0	0,5
0	0	1	1	0,75
0	1	0	0	1,0
0	1	0	1	1,25
0	1	1	0	1,5
0	1	1	1	1,75
1	0	0	0	2,0
1	0	0	1	2,25
1	0	1	0	2,5
1	0	1	1	2,75
1	1	0	0	3,0
1	1	0	1	3,25
1	1	1	0	3,5
1	1	1	1	3,75

2.11. Примеры практического применения схем ЦАП

Построение быстродействующих ЦАП на переключателях тока (ПТ) реализуют на основе применения схем с суммированием двоично-взвешенных токов, с двоичным изменением токов на матрице R – 2R и схем комбинированного типа [6].

Варианты структур ЦАП со взвешенными резисторами в цепях эмиттеров показана на рис.2.23.

Рис.2.23. Варианты структур ЦАП:

а) ЦАП со взвешенными резисторами в цепях эмиттеров;

б) ЦАП с лестничной матрицей в эмиттерах источников токов.

Рис.2.23,а – ЦАП со взвешенными резисторами в цепях эмиттеров; рис.2.23,б– ЦАП с лестничной матрицей в эмиттерах источников токов.

Токи, соответствующие разрядам кода, задаются величинами резисторов, при установленном опорном напряжении U_REF смещения на общей базовой шине всех источников тока (ИТ) на многоэмиттерных транзисторах, в цепи эмиттера каждого ИТ. Указанные ИТ подключаются к выходному резистору R_H с помощью ПТ, управляемых разрядами цифрового кода, поступающего на ЦАП. Следовательно, изменения величины тока, возникающего в R_H, определяются изменениями параллельного двоичного кода на входе ЦАП. Данный вариант ЦАП (рис. 2.23,а) характеризуется малой рассеиваемой мощностью, отсутствием взаимного влияния токов разрядов и большим диапазоном сопротивлений резисторов.

Диапазон используемых сопротивлений можно уменьшить при использовании структуры ЦАП с лестничной матрицей R-2R в цепях эмиттеров ИТ (рис. 2.23,б). Недостатком такого варианта является зависимость токов разрядов друг от друга. При изменении тока одного разряда изменяются токи соседних разрядов, что создаёт трудности в реализации прибора.

Взвешивающие резисторы могут включаться и в выходной цепи каждого ПТ, обеспечивая необходимое деление и суммирование токов в выходном резисторе. Это так называемые ЦАП со взвешивающими резисторами в цепях нагрузки R_H. Для такого варианта характерен относительно большой диапазон сопротивлений взвешивания. Уменьшение диапазона сопротивлений достигается использованием лестничной матрицы R-2R в цепях нагрузки R_H. Возможны на данной основе и варианты ЦАП комбинированного типа.