Тема: Аналіз роботи цифро-аналогових перетворювачів
Ціль: Розглянути роботу схеми ЦАП з вагомими резисторами.
Прилади й елементи
Вольтметр
Амперметр
Осцилограф
Функціональний генератор
Джерело постійної ЕДС
Операційний підсилювач LM741
Резистори
Короткі відомості з теорії
Цифро аналогові перетворювачі використовують для перетворення цифрового коду в аналоговий сигнал, наприклад для керування в автоматичних системах виконавчими органами (електродвигунами, соленоїдами тощо).
Найбільш простий ЦАП з вагомими резисторами складається з двох блоків. Резистивна схема (матриця) виконана на резисторах R1…R4. Підсумовуючий підсилювач, який складається з ОП та резистору зворотного зв’язку Ro. Опорна напруга Uon (3В) підключається до резисторів матриці перемикачами D,C,B.A, які керуються однойменними клавішами клавіатури и утворюють перетворює мий код. Вихідна напруга вимірюється за допомогою мультиметра.
Рис.1. ЦАП з вагомими резисторами.
Хід роботи.
1. Якщо всі перемикачі замкнуті на «землю», як показано на рис.1, то напруга на вході та виході ОП дорівнює 0В.Припустимо тепер, що перемикач A установлено в положення, яке відповідає логічній 1. Тоді на вхід ОП через резистор R1 подається напруга 3В. Розрахуємо у цьому випадку коефіцієнт підсилення напруги за формулою:
К= Ro/ R1=10000/150000=0,066
Звідси отримаємо, що вихідна напруга Uвих=0,066*3=0,2 відповідає двійковій комбінації 0001 на вході ЦАП.
2. Подамо тепер на входи ЦАП двійкову комбінацію 0010. Для цього установимо перемикач В в положення, яке відповідає логічній 1, тим самим подамо на ОП через резистор R2 напругу 3В. Для коефіцієнта підсилення у цьому випадку отримаємо
К= Ro/ R2=10000/75000=0,133
Якщо помножимо цей коефіцієнт на величину вхідної напруги, знайдемо, що вихідна напруга дорівнює 0,4В.
Таким чином переходячи до кожного чергового двійкового числа, що імітуються ключами, вихідна напруга ЦАП збільшується на 0,2В. Це забезпечується за рахунок збільшення коефіцієнта підсилення напруги ОП при підключенні різних за опором резисторів.
Якщо у схемі на рис.1 ми підключимо тільки один резистор R4 (за допомогою перемикача D), то встановимо коефіцієнт підсилення К=1000/18700=0,535. При цьому вихідна напруга ОП стане рівною приблизно 1,6В.
3. Установіть всі перемикачі у схемі на рис.1 у положення, яке відповідає логічній одиниці, вихідна напруга ОП стане рівною Uon=3В, тому що коефіцієнт передачі у цьому випадку дорівнює 1.
Схема ЦАП має два недоліки: по-перше в ній опори резисторів змінюються в широких межах; по-друге точність перетворення невисока через вплив конечного опору транзисторних ключів у відкритому та закритому стані.
4. Розрахуйте коефіцієнт підсилення ОП та вихідну напругу ЦАП у схемі на рис.1 для випадку, коли у положення, що відповідає логічній одиниці, встановлено тільки перемикач С. Результати розрахунку перевірте на моделі.
5. Замініть перемикачі A,B,C,D програмними перемикачами (реле часу), що імітують послідовну за часом з інтервалом 5с появу кодових комбінацій 0001, 0011,0111,1111. Запишіть відповідне кожній кодовій комбінації значення вихідної напруги.
Контрольні питання.
- За яким законом обираються опори ЦАП з вагомими резисторами?
- Отримайте вираження для розрахунку вихідної напруги ЦАП у загальному виді та перевірте його на моделі.
Практична робота №4.