Контрольні запитання

1. Поясніть принцип дії та наведіть рівняння перетворення перетворювача код-напруга з ваговими резисторами.

2. Поясніть механізм появи похибки перетворювача , яка обумовлена зміною його вхідного опору.

3. Поясніть як впливає точність вагових резисторів на похибку перетворення.

4. Дайте визначення нелінійності, диференціальної нелінійності, немонотонності та максимального відхилення вихідної величини.

5. Переведіть десяткове число 13 в двійковий код.

6. Викладіть методику визначення характеристики перетворення ПКА.

7. Як змінити в середовищі Е1есrоnісs Wоrkbеnсh номінальнезначення резистора, конденсатора, напруги джерела живлення?

Лабораторна робота № 2

«Дослідження цифро-аналогового перетворювача на

резистивних матрицях R – 2R»

2.1. МЕТА РОБОТИ:

• вивчення принципу дії, дослідження принципової схеми та похибок перетворювача код - напруга на матрицях R-2R.

2.2. ПРИНЦИП ДІЇ СХЕМИ:

В лабораторній роботі досліджується перетворювач код-напруга, який перетворює чотирирозрядний двійковий код увідповідне значення напруги.

Перевагою даної схеми у порівнянні зі схемою перетворювача з ваговими резисторами є те, що в ній застосовуються резистори тільки двох номіналів, а недоліком - те, що кількість резисторів більш ніж у двічі більша, ніж у схемі з ваговими резисторами.

Досліджуваний перетворювач складається з таких функціональних блоків: операційного підсилювача DА1; джерелі опорної напруги Uо; матриця R-2R - R1-R9; перемикачів S1-S4.

У даному перетворювачі забезпечення вагових коефіцієнтіврозрядів проводиться послідовним діленням опорної напруги задопомогою резистивної матриці. Основним елементом такої матриціє подільник напруги (рис.1), який задовольняє умові: якщо віннавантажений на опір R_H, то його вхідний опір R_вх = R_H.

R1

R_вх

U_вх

R2 U_вых R_H

Рис.1.

Коефіцієнт послаблення такої ланки:

α = U_вих/U_вх

При заданому значенні навантаження цей коефіцієнт повинен мати величину, яка

визначається системою числення коду, що перетворюється. При виконанні зазначених умов отримуємо систему рівнянь:

α = R₂/( R₂+ R_Н) R_вх,

R_вх = R₁ + R₂/( R₂+ R_Н),

R_вх = R_Н.

Розв'язавши дану систему відносноR1 та R2, отримаємо :

R2 = - α R_Н/( α-1),

R1 =α R_Н.

При використанні двійкового коду α =0,5; таким чином, "вага"кожного наступного розряду в двічі перевищує "вагу" попереднього.Отже, прийнявши R_н=2R, отримаємо:R₁=R, R₂=2R, а джерелоопорної напруги навантажено на постійний опір R_вх=2R.

У вузлах n = 1,4 матриці R-2R напруги розподіляються згідно з рівнянням:

U_n=U₀/2^N-n+1 (1)

де N- кількість розрядів перетворювача; n - номер вузла.

Ці напруги подаються через відповідні резистори R2, R4, R6, R8 та перемикачі S4-S1 на вхід операційного підсилювача DА1, який разом з цими резисторами та перемикачами утворює суматор.

Оскільки номінали резисторів R2, R4, R6, R8 однакові і дорівнюють 2R, то коефіцієнти передачі по кожному з каналів суматора рівні між собою і дорівнюють :

K= -R₀/2R/

В результаті напруга на виході підсилювача ОА1 визначаєтьсяяк

U_вих=U₁Ka₁+ U₂Ka₂+…+ U_nKa_n.

деa_n - коефіцієнт вмикання відповідного перемикача,

a_n=0 -якщо перемикач розімкнено,

1- якщо перемикач замкнено.

З урахуванням виразу маємо :

U_вих =-

де - заданий код, представлений у десятковій системі числення.

Розглянутий перетворювач код-напруга можнавикористовувати для отримання вихідного сигналу змінного струму.При цьому за джерело опорної напруги необхідно використовуватиджерело змінного струму, частота якого має бути погоджена з

параметрами операційного підсилювача та перемикачів.

Принципову схему перетворювача код - напруга зображено нарис. 2.

Рис. 2

В схемі рис.2 перемикачі комутують струми через резистори R2, R4, R6, R8 між "землею" та інвертуючим входом операційного підсилювача. Оскільки в робочому режимі потенціал інвертую чого входу підсилювача дуже близький до потенціалу "землі", то різниця потенціалів між ланками, що комутуються, близька до 0. Тому швидкодія перетворювача буде обмежуватись тільки смугою пропускання операційного підсилювача та швидкістю перемиканняперемикачів, а не паразитними реактивними параметрами матриціопорів. Крім того, струми, що протікають через резистори матриці, не залежать від вхідного коду, що забезпечує їх стабільний тепловий режим і, як наслідок, зменшує похибку, викликану зміною опорів резисторів матриці.

Досліджувана схема має похибки від зміни перехідних опорів перемикачів! від зміни напруги на виході джерела опорної напруги.