Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
схемотехника-учебник.pdf
Скачиваний:
186
Добавлен:
24.02.2016
Размер:
3.43 Mб
Скачать

вания входного сигнала и второй такт интегрирования опорного напряжения. Сигнал «Запуск» воздействует на триггер, включается ключ Кл1. Входной сигнал напряжением Uвх поступает на вход интегратора, где он преобразуется по закону (см. рис. 5.21, б):

U инт =

1

t2

( )

 

 

 

U вх t dt.

 

RC t

 

 

 

1

 

На вход компаратора К подается сигнал интегрирования и нулевое напряжение. Таккаквначальныймоментвремениt1 напряжениеинтегратора равно нулю, компаратор срабатывает и переводит триггер Т3 в состояние «1», в результате чего элемент И открывается и импульсы с генератора ГИ поступают на счетчик. Входной сигнал интегрируется за фиксированный интервал времени T2 = t2 t1 = 2ntсч . Конец интервала T2 фиксируетсясчетчиком, которыйвмоментвремениt2 выдаетсигналпереполнения, поступающийнатриггеры. ПриэтомключКл1 выключается, а ключКл2 включается, иначинаетсявторойрабочийтакт. Теперьнавход интегратора поступает опорное напряжение Uоп обратной полярности. Начиная с момента времени t2 счетчик вновь заполняется импульсами от генератора, анапряжениенавыходеинтегратораизменяетсяпозакону:

(

)

 

1

t3

 

Uопdt.

U инт = U инт t2

 

 

 

 

 

RC t2

В момент времени t3 напряжение на выходе интегратора становится равным нулю, компаратор возвращается в исходное положение и по инверсному выходу переводит триггеры Т1 и Т2 в нулевое состояние. При этом напряжение Uоп отключается от интегратора, а сигнал с триггера Т3 запрещает подачу импульсов с ГИ на счетчик, который фиксирует при этом числовой код N = Т3 / ∆tсч. Быстродействие данного АЦП невелико. При известном числе разрядов оно определяется частотой счетных импульсов fсч = 1/∆tсч. Пример данного типа АЦП — 11-разрядный АЦП на микросхеме К572ПВ2.

5.4.2. Цифро-аналоговые преобразователи

Устройство, осуществляющее автоматическое преобразование цифровой информации в эквивалентную аналоговую величину, на-

зывается цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). Эти преобра-

232

Рис. 5.22. Схема ЦАП с весовыми двоично-взве- шенными сопротивлениями

зователи применяют, когда необходимо с помощью цифровой информации, выдаваемой микроЭВМ, управлять аналоговым сигналом электроаппаратов или тиристорных преобразователей. ЦАП входят также в аналого-цифровые преобразователи управляющих сигналов. Основные параметры ЦАП: диапазон изменения входных и выходных значений сигналов; быстродействие; погрешность преобразования. Наибольшее распространение получили ЦАП с использованием резистивной матрицы с весовыми двоично-взвешен- ными сопротивлениями, а также матрицы с двумя номиналами сопротивлений, которую обычно называют матрицей R-2R.

ЦАП входят в схему АЦП, в состав внешних устройств автоматических устройств управления и выполняются как на дискретных электронных элементах, так и в интегральном исполнении.

ЦАП с весовыми двоично-взвешенными сопротивлениями (рис. 5.22) состоят из n электронных ключей (по одному на каждый разряд), управляемых преобразуемым двоичным кодом N; матрицы двоично-взвешенных резисторов; источника опорного напряжения Uоп ; выходного операционного усилителя, суммирующего токи для получения аналогового выходного

сигнала Uвых , пропорционального

цифровому. На вхо-

ды а0...аn–1 от регистров, являющихся

внешними устройствами по отношению к ЦАП, поступают сигналы в двоичном коде на управление ключами. При поступлении на i-й вход сигнала логической «1» срабатывает соответствующий ключ и подключает источник опорного

233

напряжения к операционному усилителю, а при поступлении на i-й вход сигнала логического «0» — к общей шине. Сопротивления резисторов, соединенных с ключами, таковы, что обеспечивается пропорциональность протекающего по ним тока двоичному весу соответствующего разряда входного кода. Сопротивление резистора старшего разряда принимается равным R , следующего разряда R 2 и т.д. до сопротивления резистора младшего разряда R 2n–1 . Отсюда суммарный ток, поступающий на вход операционного усилителя:

I =

an1Uоп

+

an2Uоп

+ ... +

a1Uоп

+

a0Uоп

.

R

R 2

R 2n2

 

 

 

 

 

R 2n1

Соответственно выходное напряжение ЦАП

 

U

R

n1

Uвых = −IRoc = −

 

оп oc

ai 2i .

R 2n1

 

i=0

Максимальное выходное напряжение будет, когда на всех разрядах будут логические «1»:

 

 

(2n1 )R

 

 

 

 

 

U max =

U

oc

 

 

.

R 2n1

 

 

 

 

Номиналы сопротивлений в младшем и старшем разрядах отличаются в 2n–1 раз и должны выбираться с высокой точностью. Например, для 12-разрядного ЦАП использование в старшем разряде сопротивления 10 кОм потребует в младшем разряде сопротивление примерно 20 МОм. Это создает некоторые неудобства при интегральном исполнении ЦАП.

Цифро-аналоговые преобразователи с матрицей R-2R не имеют таких сложностей благодаря наличию дополнительного резистора в каждом разряде (рис. 5.23, а). Работает данный ЦАП так же, как и ранее рассмотренный, т.е. по принципу сложения входных сигналов, а следовательно, и токов в операционном усилителе. Если на вход ЦАП поступает код 1000 (на вход an–1 – «1», а на все остальные — «0»), то ключ Клn–1 подключен к источнику опорного напряжения Uоп, а все остальные к общей шине. При этом эквивалентное сопротивление цепи справа от узла Мn–1 равно 2R, так как входной вывод ОУ фактически имеет нулевой потенциал (рис. 5.23, б). Ток, вызван-

234

Рис. 5.23. Схема ЦАП с матрицей R-2R с суммированием токов (а), схема ОУ с нулевым потенциалом на входе )

ный опорным напряжением Uоп, вузле Мn–1 делится пополам, обеспечивая на выходе ОУ напряжение, пропорциональное входному сигналу, Uвых n–1 = –1/2 IRoc . То же самое происходит и с остальными разрядами. Таким образом, выходное напряжение ЦАП пропорционально сумме напряжений со своими весами, обусловленных теми ключами, которые подключены к Uоп . По таким схемам выпускаются ЦАП в интегральном исполнении: 10—12-разрядные схемы К572ПА1, К572ПА2 современемпреобразованиясоответственно5 и15 мкс.

235