Лабораторная работа предусматривает исследование характеристик ЦАП с резистивной матрицей R–2R. В макете использована микросхема К572ПА1, формирование параллельных цифровых кодов для которой производится счетчиком К155ИЕ7.
Схема макета приведена на рис. 13. Макет выполнен в виде отдельного устройства. Для его работы необходимы два внешних источника питания с напряжением +15 В и –15 В. Формирование напряжений питания ОУ, ЦАП и напряжения Еоп осуществляется внутренними стабилизаторами макета.
порядок выполнения работы
А. Изучить описание макета, принципиальную схему и принцип работы ЦАП К572 ПА1.
Б. Включить источник питания и подать напряжение на схему, установив тумблер “±15В” в положение “ВКЛ”.
В. Подключить выход “Х3” макета к осциллографу.
Г. Установить тумблер “Генератор” в положение “ВЫКЛ”, а тумблер , находящийся ниже S4 необходимо перевести в левое положение. Снять характеристику преобразования ЦАП в статическом режиме. Для этого необходимо задавать различные комбинации входных цифровых кодов при помощи тумблеров S1…S4. При снятии характеристики одновременно замерять уровни напряжений на выходах Q1…Q4 счетчика.
Д. Установить по осциллографу на выходе генератора Г5-54 импульсы положительной полярности с параметрами: частота следования 2кГц; длительность 5мкс; амплитуда 4В.
Е. Установив тумблер “Генератор” в положение “ВКЛ.”, а тумблер в состояние “ВЫКЛ.”. Подать импульсы с генератора на вход счетчика. Снять осциллограммы во всех характерных точках схемы (Q1…Q4. +1, ³ 15, выход ОУ-Х3) и определить основные характеристики ЦАП: ЕМР, tуок, Uсн.о. Выключить питание макета с соблюдением порядка снятия напряжения.
Выполнение лабораторной работы на базе
универсального набора приборов NI ELVIS
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
Сигнальный провод соединительных кабелей помечен красной краской.
Перед подключением макета к рабочей станции NI ELVIS убедитесь, что тумблеры ±15Ви Генератор выключены (в нижнем положении). Также необходимо, чтобы макетная плата NI ELVIS была отключена.
А. Изучить описание макета, принципиальную схему и принцип работы ЦАП К572ПА1.
Б. Питание макета
Гнездо X1 макета подсоединить к источнику +15В NI ELVIS, для этого сигнальный провод подключить к гнезду +15V группы Variable Power Supplies, а общий провод (оплетку) соединить с гнездом GND.
Гнездо X2 макета присоединить к источнику –15В NI ELVIS аналогично предыдущему пункту.
В. Входные сигналы
Вход X5 макета соединить с выходом функционального генератора, для этого сигнальный провод подсоединить к гнезду DAC0 группы Analog outputs, а общий провод соединить с гнездом GND.
Г. Выходные сигналы
Выход A макета (гнездо X3) соединить с входом канала A осциллографа NI ELVIS, для этого сигнальный провод подсоединить к гнезду CH_A “+” группы Oscilloscope, а общий провод соединить с гнездом CH_A “–“.
Выход B макета (гнездо X4) соединить с входом канала B осциллографа NI ELVIS аналогично предыдущему пункту.
Д. Запустить панель управления виртуальными приборами NI ELVIS с помощью ярлыка «NI ELVIS» на рабочем столе.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Исследование ЦАП в статическом режиме
1. Запустить виртуальный прибор NI ELVIS Oscilloscope (осциллограф), для этого на панели управления виртуальными приборами NI ELVIS нажать одноименную кнопку.
2. Включить питание макетной платы NI ELVIS с помощью переключателя PROTOTYPING BOARD POWER на передней панели рабочей станции. Включение станции индицируется светодиодом рядом с переключателем.
3. Включить питание макета с помощью тумблера ±15В.
4. Тумблер Генератор оставить выключенным (нижнее положение). Также должен быть отключен счетный вход счетчика , для этого тумблер, находящийся ниже S4 необходимо перевести в левое положение.
5. Снять характеристику преобразования ЦАП в статическом режиме. Для этого необходимо задавать различные комбинации входных цифровых кодов при помощи тумблеров S1…S4. При снятии характеристики одновременно замерять уровни напряжений на выходах Q1…Q4 счетчика, а также на выходе ЦАП.
6. Результаты измерений занести в отчет.
7. Отключить питание макета, для этого тумблер ±15В перевести в нижнее положение.
2. Исследование ЦАП в динамическом режиме
1. Не выключая NI ELVIS Oscilloscope, запустить виртуальный прибор NI ELVIS Arbitrary Waveform Generator (Генератор импульсов произвольной формы), для этого на панели управления виртуальными приборами NI ELVIS нажать одноименную кнопку.
2. Установить на выходе DAC0 импульсы с параметрами: амплитуда 4В, частота 2 кГц, длительность импульса 5 мкс, для этого:
А. Откройте на редактор импульсов произвольной формы Waveform Editor на панели приборов NI ELVIS.
Б. Задайте частоту дискретизации ЦАП 1900 КГц: в поле Sample Rate необходимо указать 1900, а в поле Units (Единицы измерения) KHz.
В. После запуска редактора по умолчанию создается сегмент длительностью 10 мс. Необходимо изменить его параметры, для этого выделить первый сегмент в Списке сегментов и компонентснизу слева (он выделен по умолчанию), справа в поле Nameпри необходимости можно задать название, например, «Сигнал1», в поле Durationустановить длительность в миллисекундах – 2 мс.
Г. Создайте основную компоненту сигнала, для этого нажать кнопку New Component(первый сегмент должен быть выделен).
Д. Задайте параметры компоненты справа внизу:
Function Library (Форма сигнала): Square (Прямоугольный)
Amplitude (Амплитуда, В): 2
Offset (Смещение от 0, В): 2
Freq (Частота, КГц): 2
Phase (Фаза): 0
Duty Cycle (Длительность импульса, %): 99, таким образом, длительность задержки перед импульсом составит 99% от периода (поскольку на вход счетчика сигнал подается через инвертирующий вход компаратора, то вместо импульса длительностью 1%, на вход необходимо подавать этот импульс в инвертированном виде), следовательно,
(21)
Е. Сохраните файл формы сигнала, необходимый для виртуального прибора «Arbitrary Waveform Generator», для этого в строке меню выбрать FilegSave As…, появится окно выбора типа сохраняемого файла, выбрать Waveform File (.wdt),нажмите кнопкуNext. В окнеSave Waveform Fileподтвердите предложенные параметры кнопкой Next. Выберите имя файла, например, «Генератор импульсов», OK.
Ж. Запустите виртуальный прибор Arbitrary Waveform Generator.
З. На программной панели Arbitrary Waveform Generator нажмите на пиктограмму «Обзор» выхода DAC0. В появившемся окне выберите созданный вами файл с расширением wdt. В окне Update Rate группы Output Settings установите значение 1900000. При нажатии на кнопку Play на выходе DAC0 появится прямоугольный сигнал амплитудой 4В и частотой 2000Гц.
3. Включить питание макета с помощью тумблера ±15В.
4. Подать сигнал с генератора на счетный вход счетчика. Для этого тумблер Генеретор перевести в верхнее положение, затем активировать счетный вход – перевести соответствующий тумблер в правое положение.
5. Снять осциллограммы во всех характерных точках схемы (Q1…Q4. +1, ³15, выход ЦАП) и определить основные характеристики ЦАП: ЕМР, tуст , Uсм.0.
6. Результат измерений занести в отчет.
7. Отключить генератор импульсов и питание макета, для этого тумблер Генератор и тумблер ±15В перевести в нижнее положение.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Принципиальная схема макета в соответствии с ЕСКД.
2. Экспериментальные результаты исследования ЦАП.
3. Выводы по каждому пункту задания.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Основные принципы работы и состав современных интегральных ЦАП.
2. Характеристика и свойства основных схем включения аналоговых ключей.
3. Основные статические и динамические характеристики ЦАП.
4. ЦАП с двоично-взвешенными сопротивлениями.
5. ЦАП с резистивной матрицей R–2R с выводом по напряжению.
6. ЦАП с резистивной матрицей R–2R с выводом по току.
7. Особенности схемотехники ЦАПК572ПА1.
Список литературы
1. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 768 c.
2. Гальперин М.В. Электронная техника: Учебник.- М.: Форум: ИНФА, 2003. – 304 с.
3. Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника. СПб.: Питер, 2003. – 512 с.
4. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. – М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2005. – 528 с.
5. Аналого-цифровые устройства: Методическое пособие к изучению курсов «Схемотехника аналого-цифровых устройств» и «Аппаратные средства вычислительной техники»/ Сост. Л.А.Кропачев, В.Н.Сяктерев. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2005. – 161с.
, находящийся ниже S4 необходимо перевести в левое положение. Снять характеристику преобразования ЦАП в статическом режиме. Для этого необходимо задавать различные комбинации входных цифровых кодов при помощи тумблеров S1…S4. При снятии характеристики одновременно замерять уровни напряжений на выходах Q1…Q4 счетчика.
(21)