§ 28.2. Цифро-аналоговые преобразователи

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для авто­матического преобразования (декодирования) входных величин, представленных числовыми кодами, в соответствующие им значе­ния непрерывно изменяющихся во времени (т. е. аналоговых) вели­чин. Иными словами ЦАП выполняет обратное по сравнению с АЦП преобразование. Выходные физические величины АЦП чаще всего представляют собой электрические напряжения и токи, но это могут быть и временные интервалы, и угловые перемещения, и т. п. В системе автоматики с ЭВМ или микропроцессором удобнее обра­батывать (преобразовывать или передавать) цифровой сигнал, но человеку (оператору) привычнее и удобнее воспринимать именно аналоговые сигналы, соответствующие значениям числовых кодов. Можно сказать, что с помощью АЦП информация вводится в ЭВМ, а с помощью ЦАП информация выводится из ЭВМ для воздействия на управляемый объект и восприятия человеком.

В схемах ЦАП обычно используется представление двоичного числа, состоящего из нескольких разрядов, в виде суммы степеней числа 2. Каждый разряд (если в нем записана единица) преобразует­ся в аналоговый сигнал, пропорциональный двойке в той степени, каков номер разряда, уменьшенный на единицу. На рис. 28.4 пока­зана простая схема ЦАП, основу которой составляет матрица (на­бор) резисторов, которые подключаются ко входу операционного усилителя ключами, управляемыми соответствующими разрядами двоичного числа. В качестве ключей могут быть использованы трио­ды (например МДП-транзисторы).

Если в данном разряде записана «1», то ключ замкнут, если «О» — разомкнут. Коэффициент передачи операционного усилителя равен отношению сопротивления резистора в цепи обратной связи

Таким образом, четырехразрядное двоичное число преобразует­ся в напряжение и_шх, которое может принимать 16 возможных зна­чений от 0 до 15J/_KB, где U_KB — шаг квантования. Для уменьшения погрешности квантования необходимо увеличивать число двоичных разрядов ЦАП. При изготовлении интегральных микросхем ДАЛ по данной схеме очень трудно сделать высокоточные резисторы с со­противлениями, отличающимися друг от друга в десятки и сотни раз. Кроме того, нагрузка источника U_on изменяется в зависимости от состояния ключей, поэтому необходимо применять источник с малым внутренним сопротивлением.

Схема ЦАП, показанная на рис. 28.5, свободна от указанных не­достатков. В этой схеме весовые коэффициенты каждого разряда за­даются последовательным делением опорного напряжения с помо­щью матрицы резисторов. Эта матрица представляет собой много­звенный делитель напряжения и называется резистивной матрицей типа R-2R. В данной схеме ЦАП используются двухпозиционные ключи, которые подсоединяют резисторы 2R либо ко входу опера-

ционного усилителя (при «1» в данном разряде), либо к общему ну­левому проводу. Входное сопротивление резистивной матрицы при этом не зависит от положения ключей. Коэффициент передачи между соседними узловыми точками матрицы составляет 0,5. Для схемы ПАП по оис. 28.5 выхолное наппяжение панно

Условное обозначение ЦАП показано на рис. 28.6.

Наибольшее влияние на погрешность ЦАП оказывают отклонения сопротивлений резисторов от их номинальных значений, а также то, что у реального ключа сопротивление в закрытом со­стоянии не равно бесконечности, а в открытом — не равно нулю. Выпускаемые в интегральном ис­полнении резистивные матрицы имеют относите­льную погрешность коэффициента деления по­рядка сотых долей процента.