6.3.Схема цап « код- напряжение» параллельного типа.
В подавляющем большинстве выпускаемые в настоящее время преобразователи «код—напряжение» являются преобразователями параллельного типа.
Математически преобразование «код—напряжение» описывается выражением (5), и практическая реализация такого ЦАП сводится к суммированию эталонных токов, соответствующих весу i –го разряда входного кода N.
Иначе, выражение (5) можно переписать к виду:
U = R I (6)
Схема параллельного преобразователя «код—напряжение» с резистивной матрицей на весовых резисторах, сопротивления которых R i совместно с источником эталонного напряжения Uэ определяют эталонные токи, приведена на рис. 6.1.
Рис.6.1. Параллельный ЦАП с резистивной матрицей на весовых сопротивлениях.
Суммирование токов производится в операционном усилителе, напряжение на выходе которого пропорционально входному коду N. Эталонные токи формируются резистивными матрицами с весовыми резисторами Ri , т.е. матрица R0 -:- R, пропорциональных весам разрядов ai входного цифрового кода
При появлении единицы в i- ом разряде входного цифрового кода ключ КЛi открывается и ток от источника эталонного напряжения Uэ через соответсвующий резистор Ri подается на вход операционного усилителя.
Таким образом, ток, на входе суммирующего операционного усилителя зависит от значения входного кода, и определяется формулой:
I = (Uэ/ Ri) ai = ( Uэ/ 2 R) N (7)
i=0
Операционный усилитель преобразует ток Iв выходное напряжение:
U = Rос I (8)
где Rос - сопротивление обратной связи усилителя
Для преобразования значения знакового разряда азн в полярность выходного напряжения ЦАП используются инвертор Инв, пара ключей КЛ и КЛ + и сумматор. При преобразовании отрицательного числа (азн = 1) срабатывает ключ КЛ+ и выходной сигнал операционного усилителя через инвертор подается на вход сумматора; при преобразовании положительного числа (азн = 0) через замкнутый ключ КЛ выходной сигнал операционного усилителя непосредственно поступает на выход преобразователя.
Основными недостатками рассмотренного ЦАП являются широкий диапазон номиналов сопротивлений резистивной матрицы и значительная общая сумма сопротивлений всех весовых резисторов.
Как пример, можно назвать параллельный ЦАП с резистивной сеткой, где используются резисторы только двух номиналов, R и 2R. Также распространены последовательные преобразователи ЦАПи микропроцессорный ЦАП.
6.4.Последовательные аналого-цифровые преобразователи «напряжение—код».
Наиболее широкое распространение на практике получили АЦП последовательного приближения со ступенчатым пилообразным напряжением и следящие АЦП, реализующие принцип последовательного счета.
Принцип работы АЦП последовательного приближения основан на последовательном делении входного напряжения на эталонное напряжение, определяемое весом старшего разряда, затем полученного остатка — на эталонное напряжение, определяемое весом следующего разряда и т. д. до получения -разрядного цифрового кода.
На рис.6. 2 приведена схема АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением.
Рис.6.2. АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением.
Принцип действия преобразователя заключается в следующем. Импульсом начала преобразования tн сбрасывается счетчик СТ и устанавливается R-S триггер Т, разрешающий поступление импульсов с генератора тактовой частоты ГТЧ на вход С счетчика. По мере поступления импульсов счетчик на своем выходе формирует ступенчатый нарастающий код, который в параллельном ЦАП преобразуется в ступенчатое пилообразное напряжение U к с шагом U. В момент времени tк когда входной сигнал Uвх <Uк, срабатывает компаратор К, сбрасывающий по входу R триггер Т и прекращающий поступление импульсов на счетчик. Процесс преобразования заканчивается. Цифровой код счетчика СТ является цифровым аналогом входного сигнала.
Для преобразования разнополярных входных сигналов используется компаратор знака Кзн формирующий знаковый разряд азн и инвертирующий входной код и полярность выходного напряжения Uк преобразователя «код—напряжение» при изменении полярности входного сигнала.
Недостатком рассмотренного преобразователя является низкое быстродействие