Цифро-аналоговый преобразователь на суммировании токов.

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).

Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

Электронные устройства предназначенные для изменения формы представления значений переменных. Существуют аналоговая и цифровая формы представления информации. Аналоговая форма представления состоит в том, что любая переменная представляется непрерывно изменяющейся величиной. Примером может служить электрическое напряжение или ток в любой электрической цепи. Действительно, ток в электрической цепи может принимать значение определяемое параметрами цепи, но количество этих значений бесконечно большое. Цифровая форма представления состоит в том, что значение переменной представляется многоразрядным числом позиционной системы счисления. Количество значений переменной при этом определяется погрешностью представления переменной. Так если переменная представляется четырехразрядным десятичным целым числом, то погрешность представления - единица младшего разряда, а количество значений переменной 10000.

Цифро-аналоговые преобразователи предназначены для выработки напряжения или тока соответствующего заданному многоразрядному коду.

Простейший принцип построения ЦАП состоит в использовании усилителя с регулируемым коэффициентом передачи в зависимости от входного кода. Схема такого ЦАП представлена на рис. 117.

Ключи L0 ÷ L3 управляются разрядами двоичного числа, причем L0 младшим разрядом, L3 старшим разрядом (весовые коэффициенты показаны внизу на схеме). Управление состоит в том, что при единичном значении разряда соответствующий ключ замыкается, в противном случае ключ разомкнут. Ключи подключают ко входу операционного усилителя резисторы с различными кратными Ri значениями.

Рис. 117. ЦАП на суммировании токов.

Так при входном двоичном коде 0001 на выходе схемы будем иметь , для кода 0010 -- , для кода 0011 -- . Как видно из приведенных соотношений коэффициент при R0 соответствует десятичному значению входного двоичного кода. Если десятичный эквивалент входного двоичного кода обозначить Ld, то выходное напряжение этого преобразователя определяется выражением при 0 ≤ Ld ≤ 15. Данное выражение показывает, что выходное напряжение зависит от величины опорного напряжения Uоп, соотношения резисторов и входного двоичного кода.

Рассмотренная схема простейшая и имеет много недостатков: изменяющаяся нагрузка на источник опорного напряжения, сложная коммутация, повышенные требования к погрешности резисторов, которые существенно снижают возможности ее применения.

Учитывая технологические трудности изготовления резисторов, величины которых уменьшаются на величину кратную степени двойки со все уменьшающейся погрешностью, была разработана так называемая резистивная матрица R - 2R, которая в дальнейшем используется при построении различных схем ЦАП.

Особенность такой матрицы состоит в том, что каждый ее элемент представляет делитель напряжения (рис. 118 ) удовлетворяющий условию: при подключении к нему нагрузочного сопротивления Rn его (делителя) входное сопротивление так же принимает значение Rn.

Если принять коэффициент деления α = Uвых/Uвх, то для входного сопротивления будем иметь , а для сопротивления нагрузки -- . В случае двоичного кодирования α = 2. Приведенные выражения позволяют определить соотношения резисторов делителя, если положить R2 = 2R, то R1 = R и Rn = 2R, где R резистор любой разумной величины.