Цифро – аналоговые преобразователи (ЦАП)

Цифро - аналоговые преобразователи (Digital – to - Analog Converter) служат для преобразования n- разрядного кода в аналоговый сигнал тока или напряжения.

Для построения ЦАП применяют схему, резисторы которой имеют величину, кратную степени 2, т.е. R, 2R, 4R, 8R, 16R и т.д. при R=1Oм. Выходное напряжение, формирующееся на нагрузке Rн равно: Uвых = Е*Rн/Rэ + Rн.

Транзисторные ключи q1,q2,q3,q4 = 0 или 1 и управляются разрядами кода, а через разрядные резисторы протекают токи кратные степени 2 и суммируются на нагрузке.

Один квант напряжения примерно равен e0 = E/2n*R

, а эквивалентная проводимость - 1/ Rэ = 1/R*q1 + 1/2R*q2 + 1/4R*q3 + 1/8R*q4 и т.д.

На рис. 24.7. приведена функциональная схема ЦАП и диаграмма его работы.

 

 

Рис. 24.7 Функциональная схема и диаграмма ЦАП.

 

При V1 = 16 B и n = 4, значение кванта напряжения е0 = V1/2n= 16/16 =1B.

На диаграмме видно, что в диапазоне кодов от 0000 до 1111, ЦАП формирует ступенчатое нарастающее напряжение от 1 до 16 В.

 

 

24.4. Аналого – цифровые преобразователи (АЦП)

 

Аналого - цифровые преобразователи (Analog – to – Digital Converter) служат для преобразования аналогового сигнала тока или напряжения в n- разрядный код.

Построение аналого - цифровых преобразователей связано с процессами дискретизации и квантования аналоговых сигналов.

Квантование - это процесс представления аналоговой величины дискреными квантами по соответствующей шкале.

Дискретизацией называется процесс представления аналоговой величины дискретными отсчетами во времени. Указанные преобразования применяются по отдельности к аналоговой величине или совместно.

Число уровней квантования N определяется по очевидной формуле: N - 1 = Umax - Umin/q, где Umax, Umin - нижний и верхний пределы изменения аналоговой величины, q- шаг квантования.

Относительная погрешность квантования равна отношению абсолютной погрешности Dky квантования к разности пределов аналоговой величины dky = Dky/Umax - Umin*100%. Очевидно, что Dky равна q/2 либо q, следовательно q = dky * (Umax - Umin)/50 при Umin = 0 q = dky *Umax /50.

Подставив в выражение для N значение q имеем N = 50/ dky +1, a

для Dky = q N = 100/ dky +1.

Число разрядов кода n = ]log 2N[, где ][ - знак округления в большую сторону.

В настоящее время применяются АЦП пространственного кодирования, последовательного приближения, параллельного типа и интегрирующего типа.

Пространственные АЦП применяются для считывания штрих - кодов, нанесенных на предметы и товары. Принцип их действия связан с получением разных по интенсивности оптических сигналов при освещении светлых и темных участков штрих - кода.

Принцип действия АЦП последовательного приближения связан с тем, что код в основном регистре меняется так, что происходит уравновешивание входного напряжения другим напряжением, снимаемым с ЦАП, присоединенному к данному регистру. Уравновешивание начинается со старшего разряда регистра, который устанавливается в лог.1, после чего оценивается знак разности между входным напряжением и напряжением, формируемым ЦАП. Если знак положительный, то данный разряд регистра остается включенным, если же знак отрицательный, то разряд регистра сбрасывается в лог.0. Далее преобразование происходит аналогично и в результате в регистре формируется код аналоговой величины.

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под. ред. О.П. Глудкина. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 768 с.: ил.

2. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум: Навч. посіб. /За ред.. А.Г.Соскова. 2-е вид. –К.: Каравела, 2004. – 432 с.

3. Гусев В.Г. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб. для вузов / В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2005. – 790 с.: ил.

4. Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2001. – 448 с.

5. Схемотехніка електронних систем: У 3 кн. Кн. 1. Аналогова схемотехніка та імпульсні пристрої: Підручник /В.І.Бойко, А.М.Гуржій, В.Я.Жуйков та ін. – 2-ге вид., допов. і переробл. – К.: Вища шк.., 2004. – 366 с.: іл.

6. Схемотехніка електронних систем: У 3 кн. Кн. 2. Цифрова схемотехніка: Підручник /В.І.Бойко, А.М.Гуржій, В.Я.Жуйков та ін. – 2-ге вид., допов. і переробл. – К.: Вища шк., 2004. – 423 с.: іл.

7. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника: Учебное пособие. – М.: Гелиос АРВ. 2002. – 304 с.

8. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч.1. Электронные устройства информационной автоматики: Учебник / Под общ. ред. А.А. Краснопрошиной. – К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. – 431 с.

9. Краснопрошина А.А., Скаржепа В.А., Кравец П.И. Электроника и микросхемотехника. Ч.2. Электронные устройства промышленной автоматики: Учебник / Под общ. ред. А.А. Краснопрошиной. – К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. – 303 с.

10. Скаржепа В.А. и др. Электроника и микросхемотехника. Лабораторный практикум. Учебник / Под общ. ред. А.А. Краснопрошиной. – К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989.