ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ

Преобразователем код-напряжение (ПКН) называется электронное устройство, предназначенное для преобразования цифрового кода NBX на входе в электрическое напряжение UВЫХ на выходе.

Преобразование код – напряжение является частным случаем цифро-аналогового преобразования. Поэтому в цифровой технике ПКН часто называют цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).

В интегральном исполнении ЦАП выпускаются в виде микросхем, осуществляющих преобразование входного двоичного кода NBX в выходное напряжение UВЫХ или ток IВЫХ. Основные параметры и характеристики интегральных ЦАП приведены в табл. 7.1.

По способу преобразования ПКН делятся на три группы:

1) ПКН на основе управляемого делителя напряжения:

а) последовательного типа,

б) параллельного типа;

2) ПКН с суммированием токов;

3) ПКН с суммированием напряжений.

Основные требования к ПКН:

1) высокая точность;

2) высокое быстродействие;

3) высокая линейность преобразования;

4) высокое входное сопротивление RВХ по входу опорного напряжения (при выполнении RВХ ® ¥ существенно улучшается стабильность источника опорного напряжения (ИОН), даже при его сравнительно высоком выходном сопротивлении RВЫХион);

5) низкое выходное сопротивление RВЫХ ® 0 (это позволяет исключить влияние сопротивления нагрузки на результат преобразования);

6) высокая помехозащищенность.

В большинстве случаев практического применения ПКН выполнить все эти требования невозможно, поэтому выделяются наиболее значимые для данного применения требования и обеспечивается их выполнение.

ПКН на основе управляемого делителя напряжения

Последовательного типа

Функциональная схема такого ПКН представлена на рис. 7.1.

Величина ступени квантования определяется выражением

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru

где RН – номинальное сопротивление резистора в делителе напряжения (ДН).

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru Рис. 7.1. Функциональная схема ПКН на основе управляемого делителя

напряжения последовательного типа

На рисунке обозначено: U0 – опорное напряжение ПКН; qR – ступень квантования ПКН по сопротивлению; N2 – входной двоичный код; N2H – максимальное число ступеней квантования по сопротивлению.

Если RH = R, то сопротивление 2-го резистора равно 2R; 3-го – 4R; 4-го – 8R и т.д. Т.е. сопротивления резисторов распределены по двоичному закону.

Сопротивление плеча ДН, управляемого кодом N2:

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru .

Сопротивление плеча ДН, управляемого кодом (N2H – N2):

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru

Выходное напряжение такого делителя

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru

Это и есть уравнение преобразования ПКН данного типа.

Если ступень квантования по напряжению ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru , то уравнение преобразования ПКН

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru .

Как видно из последнего уравнения, функция преобразования ПКН линейная.

Входное сопротивление такого ПКН, как и для обычного делителя напряжения, определяется формулой

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru .

Вывод: входное сопротивление ПКН – величина постоянная и не зависит от количества замкнутых и разомкнутых ключей. Следовательно, таким ПКН может управлять ИОН с RВЫХион >> 0.

Выходное сопротивление ПКН при условии, что RВЫХион = 0 (т.е. получается параллельное соединение суммарных сопротивлений резисторов двух плеч), определяется по формуле

RВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru .

Вывод: выходное сопротивление будет равно 0 при N2 = 0 и N2 = N2H. Максимальное значение RВЫХ при N2 = N2H /2:

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru ,

т.е. RВЫХ такого ПКН зависит от значения входного кода.

Погрешности ПКН данного типаобусловлены следующими факторами.

1. Неточность и нестабильность напряжения U0 ИОН.

2. Неточное выполнение двоичного закона изменения сопротивлений резисторов в обоих плечах делителя. Этот фактор приводит к возникновению трех погрешностей:

а) погрешности линейности – максимальное отклонение кривой, представляющей собой реальную характеристику преобразования, от прямой линии, соединяющей крайние точки этой кривой;

б) погрешности дифференциальной нелинейности – это максимальная по модулю разность кванта реальной характеристики преобразования (ступени квантования) и среднего значения этого кванта;

в) погрешности полной шкалы – разность выходных напряжений для идеальных и реальных характеристик преобразования при номинальном коде управления, т.е. при N2 = N2H.

3. Погрешность от сопротивлений RКЗ каналов ключей в замкнутом состоянии (погрешность от ЭДС канала ключа, для ключей на полевых транзисторах, не учитывается, т.к. собственная ЭДС канала полевого транзистора eK = 0). Погрешность от небесконечности сопротивлений RКР ключей в разомкнутом состоянии не учитывается, т.к. легко обеспечить условие RКР >> qR 2n-1.

С учетом RКЗ на выходе ПКН получаем напряжение

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru

Отсюда приведенная погрешность от влияния RКЗ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru ,

где m1 – количество замкнутых ключей в 1-м плече; m2 – количество замкнутых ключей во 2-м плече.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД – НАПРЯЖЕНИЕ - student2.ru Влияние сопротивлений ключей будет больше, когда m1 = m2.

Наши рекомендации