7.1. ЦАП с весовыми резисторами
Цифро-аналоговые преобразователи
используются для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал, например,
для управления в автоматических системах исполнительными органами (электродвигателями,
соленоидами и т.п.).
Наиболее простой ЦАП с
весовыми резисторами (рис. 11.1) состоит из двух блоков. Резистивная схема (матрица)
выполнена на резисторах R1…R4. Суммирующий усилитель включает в себя OU и
резистор обратной связи Ко. Опорное напряжение Uon (3 В) подключается к резисторам
матрицы переключателями D, С, В и А, управляемым одноименными клавишами клавиатуры
и имитирующими преобразуемый код. Выходное напряжение Uo измеряется мультиметром.
Если все переключатели
замкнуты на "землю", как показано на рис. 11.1, то напряжение на входе
и выходе ОУ равно О В. Предположим теперь, что переключатель А установлен в
положение, соответствующее логической 1. Тогда на вход ОУ через резистор R1
подается напряжение 3 В. Рассчитаем в этом случае коэффициент усиления напряжения
по формуле: K=Ro/Rl=10000/150000=0,066. Отсюда получаем, что выходное напряжение
Uo=0,066-3=0,2 В соответствует двоичной комбинация 0001 на входе ЦАП.
Подадим теперь на входы
ЦАП двоичную комбинацию 0010. Для этого установим переключатель В в положение,
соответствующее логической единице, тем самым подадим на ОУ через резистор R2
напряжение 3 В. Для коэффициента усиления в данном случае получаем K=Ro/R2=10000/75000=0,133.
Умножив этот коэффициент усиления на величину входного напряжения, найдем, что
выходное напряжение равно 0,4 В.
Таким образом, при переходе
к каждому очередному двоичному числу, имитируемому ключами, выходное напряжение
ЦАП увеличивается на 0,2 В. Это обеспечивается за счет увеличения коэффициента
усиления напряжения ОУ при подключении различных по сопротивлению резисторов.
Если бы в схеме на рис. 11.1 мы подключили только один резистор R4 (с помощью
переключателя D), то тем самым установили бы коэффициент усиления К=10000/18700=0,535.
При этом выходное напряжение ОУ составит около 1,6 В.
Если все переключатели
в схеме на рис. 11.1 установлены в положения, соответствующие логическим единицам,
выходное напряжение ОУ равно Uon=3 В, поскольку коэффициент передачи в этом
случае становится равным 1.
Схема цифро-аналогового
преобразователя на рис. 11.1 имеет два недостатка:
во-первых, в ней сопротивления
резисторов изменяются в широких пределах, во-вторых, точность преобразования
невысока из-за влияния конечного сопротивления транзисторных ключей в открытом
и закрытом состояниях.
Контрольные вопросы и задания
1. По какому закону выбираются
сопротивления в ЦАП с весовыми резисторами?
2. Рассчитайте коэффициент
усиления напряжения ОУ и выходное напряжение ЦАП в схеме на рис. 11.1 для случая,
когда в положение, соответствующее логической единице, установлен только переключатель
С. Результаты расчета проверьте на модели.
3. Получите выражение для
расчета выходного напряжения ЦАП в общем виде и проверьте его на модели.
4. Замените переключатели
А, В, С, D программными переключателями (реле времени), имитирующими последовательное
во времени с интервалом 5 с появление кодовых комбинаций 0001, ООН, 0111 и 1111.
|
