РАБОТА № 8.ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРО-АНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Цель работы
Ознакомление с основными функциями и тестирование цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).
В работе исследуется ЦАП лестничного типа на основе резисторной матрицы
R-2R.
Описание лабораторного стенда
Работа проводится на лабораторном модуле «ЦАП и АЦП», лицевая панель которого изображена на рис.1. Также в работе используются модуль «Мультиметры».
Рис.1. Модуль «ЦАП и АЦП».
Цифро-аналоговые преобразователи используются для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал. В данной работе исследуется 4-разрядный ЦАП на базе матрицы R-2R, где задатчиками цифрового двоичного кода служат переключатели, включенное («единичное») состояние которых индицируется соответствующим светодиодом. Матрица R-2R удобна тем, что в ней используются только два номинала резисторов и ими легко производить деление токов пополам, что важно для двоичного преобразования.
Схема параллельного ЦАП, включающая резисторную матрицу R-2R и суммирующий операционный усилитель DA1, представлена на рис.2. Цифровой код
50
задается переключателями SA1…SA4. Принцип работы этого типа ЦАП основан на суммировании взвешенных значений токов протекающих через включенные переключатели. Эти токи суммируются на входе операционного усилителя DA1, а на выходе получается напряжение пропорциональное взвешенной сумме входных токов. Поскольку эти токи суммируются на инвертирующем входе операционного усилителя, то на выходное напряжение имеет соответствующий знак.
Рис.2. Принципиальная схема ЦАП на основе матрицы R-2R.
Данным способом можно получить шестнадцать вариантов задания цифрового кода. Соответствующие десятичным числам комбинации кодов представлены в таблице 1.
Используя закон Ома и формулу расчета выходного напряжения операционного усилителя, несложно рассчитать выходное напряжение в зависимости от опорного для простейших кодовых комбинаций. Так для случая, когда включен только переключатель старшего разряда SA1 получаем, что Uвых =0,5Uоп. Если включен только SA2, то Uвых =0,25Uоп (четверть опорного). Для только включенного SA3 выходное напряжение будет составлять одну восьмую часть опорного, а для SA4 - одну шестнадцатую. Таким образом, видно, что выходные напряжения для различных разрядов изменяются по двоичному закону и можно рассчитать выходные напряжения для любой из возможных комбинаций. Например, при включенных SA3 и SA4 выходное напряжение будет равно три шестнадцатых (1/8 + 1/16) от опорного.
Если используется несколько разрядов, то выходное напряжение определяется как сумма напряжений:
∑n Uоп Rн
Uвых. = i=1 2 Rн + R
51
Таблица 1.
Десятичное число |
|
Двоичный |
код |
|
|
|
|
|
|
|
|
SA1 |
SA2 |
|
SA3 |
SA4 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
2 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
3 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
4 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
5 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
6 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
7 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
8 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
9 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
10 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
11 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
12 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
13 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
14 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
15 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
Задание и методические указания
Предварительное домашнее задание:
а) изучить тему курса «ЦАП» и содержание данной работы, быть готовым ответить на все контрольные вопросы;
б) приняв Uоп.=3 В, рассчитать выходное напряжение для своего варианта, используя табл.1. Номер варианта соответствует десятичному числу.
Экспериментальное исследование ЦАП:
а) при заданном опорном напряжении, снять зависимость выходного напряжения от кодовых комбинаций. Для этого соединить выход регулятора RP1 c входом Uоп. Переключить мультиметры в режим измерения постоянного напряжения. Один мультиметр, клемму «V» подключить к опорному напряжению, а второй к выходу ЦАП. Общие выходы мультиметров (СОМ) подключить к общим гнездам модуля. Включить тумблер «Питание».
Выставить опорное напряжение равное 4 В. Включать поочередно по одному из кодозадающих переключателей, убедиться, что изменение выходного напряжения происходит по двоичному закону. Используя табл.1, для каждого кодового варианта произвести измерение выходного напряжения, добавив в таблицу соответствующий столбец. Повторить измерения для Uоп =2 В.
52
б) проверить результат предварительного домашнего задания для своего варианта. Сделать выводы.
Содержание отчета
Отчет должен содержать следующие пункты: а) наименование и цель работы;
б) принципиальные электрические схемы для выполненных экспериментов; в) результаты предварительного домашнего задания;
г) результаты экспериментальных исследований, помещенные в соответствующие таблицы и обработанные согласно указаниям; д) выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.Перечислите назначения и области применения ЦАП.
2.Дайте классификацию ЦАП.
3.Перечислите требования, предъявляемые к ЦАП.
4.Отчего возникают погрешности в ЦАП?
5.Поясните принцип действия параллельного ЦАП.
53