Лабораторна робота №15 Аналіз роботи цифро-аналогових перетворювачів з резистивною матрицею R-2R

 

 

Мета роботи: Розглянути роботу схеми ЦАП з резистивною матрицею R-2R.

Прилади й елементи:

Вольтметр Джерело постійної ЕДС

Амперметр Операційний підсилювач LM741

Осцилограф Резистори

Функціональний генератор

 

Контрольні питання й завдання:

1. Чим відрізняється ЦАП сходового типу від ЦАП з ваговими резисторами?

2. За допомогою формули (1) розрахуйте вихідну напругу ЦАП на малюнку 59 для всіх 16 комбінацій перемикачів A,B,C,D і зрівняєте отримані результати з результатами моделювання.

3. Заміните перемикачі А, B, C,D у схемі на малюнку 59 програмними перемикачами, що імітують послідовне в часі з інтервалом 5 сек появу кодових комбінацій 0001, 0100 й 1000.

4. Використовуючи формулу (1) і результати моделювання, розрахуйте еквівалентну напругу Uoп для схеми на малюнку 60.

 

Хід роботи

1. Побудуйте схему ЦАП сходового типу. Ця схема наведена на малюнку 59. Вона складається з резистивної матриці R-2R, що нагадує сходи, і підсумовуючого підсилювача. Перевага такого з'єднання резисторів полягає в тім, що використаються резистори тільки двох номіналів. Опір кожного з резисторів R ₁...R ₅ дорівнює 20 кОм, а резисторів R ₆...R _8, Ro— 10 кОм. Відзначимо, що опору горизонтально розташованих резисторів "сходи" рівно в 2 рази більше опорів вертикальних

 

 

 

 

Малюнок 59 —- ЦАП сходового типу

 

ЦАП сходового типу аналогічний ЦАП з ваговими резисторами. У розглянутому прикладі використається опорна напруга 3,75 В. Перехід до кожної наступної двійкової послідовності на входах приводить до збільшення аналогового вихідного сигналу на 0,25В. Опорна напруга обрана рівним 3,75 В з міркування зручності сполучення з ІМС сімейства ТТЛ при заміні ключів A...D такими ІМС.

Вихідна напруга ЦАП на малюнку 59 визначається по формулі [1]:

 

(1),

де S,— значення цифрового сигналу (0 або 1) на i-м вході, п - число розрядів перетворення (для схеми на мал. 59 n= 4), R - опір резистора матриці R-2R (R = 10 кОм для схеми на мал. 59).

 

2. Побудуйте ЦАП з використанням як комутуючий пристрій двоїчно-десяткового лічильника 74160 (ДО155ИЕ9) показаний на малюнку 60.

 

Малюнок 60 — Чотирьохрозрядний ЦАП сходового типу.

 

З порівняння ЦАП на мал. 59 й 60 видно, що в другому відсутнє джерело опорної напруги - його роль виконує сам лічильник-комутатор. Еквівалентне значення Uoп можна одержати на підставі формули (1) і результатів осцилографічних вимірів, показаних на мал. 3. Зокрема, максимальна вихідна напруга ЦАП V_B = -2,8125 B, мінімальне - V_B=-0,3125 B, а їхня різниця - VB2-VB1=-2,45 B.

 

 

Малюнок 61—- Осцилограми на вході лічильника и виході ЦАП.