Основне завдання ЦАП – автоматичне перетворення двійкового коду на еквівалентне йому значення напруги, пропорційне ваговим коефіцієнтам розрядів двійкової системи числення.
Таблиця істинності трирозрядного ЦАП і статична характеристика мають вигляд:
Таблиця істинності ЦАП
| Х2 Х1 Х0
| 
|
| 0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
|
1∆U
2∆U
3∆U
4∆U
5∆U
6∆U
7∆U
|
Статична характеристика ЦАП
Кількісний зв’язок між вхідним числовим (двійковим кодом) N2 і його аналоговим еквівалентом 
для довільного часу t1 визначається за співвідношенням:
, (1)
де – 
- 
– крок квантування за рівнем напруги, тобто «вага» одного дискретунапруги, якійвідповідає один молодшийдвійковийрозряд;
- 
;
- 
і набуває значення 0 або 1;
- 
– похибка перетворення.
З (1) визначаємо вагу одного дискрету вихідної напруги 
, якій відповідає одиниця молодшого цифрового розряду. Якщо відомі мінімальне 
і максимальне 
значення вихідної напруги 
;
(2)
де n – число розрядів ЦАП.
Основні параметри ЦАП:
1. Динамічний діапазон за входом 
і виходом 
при лінійномуЦА-перетворенні мають одне і те самезначення, яке виражаютьабо числомрозрядів цифрового коду, або в децибелах.
При 
, 
динамічнийдіапазон
,
де 
, 
– допустимі абсолютні похибки відхилення значень статичної характеристики 
f 
від лінійного закону.
2. Швидкодія ЦА – перетворення визначається такими часовими параметрами:
- час перетворення – це час інтервалу, протягом якого відбувається процес однозначного перетворення код-аналог;
- частота квантування – величина, що обернена періоду квантування, тобто інтервал часу між сусідніми послідовними перетвореннями.
Серед різних способів ЦА-перетворення широке застосування мають ЦАП, спільною ознакою яких є наявність матриці резисторів R з вихідним (аналоговим) суматором на операційному підсилювачі (ОП).
N2Uвих
Матриця R призначена для «зваження» цифрового сигналу, який подано паралельним кодом залежно від його двійкового розряду.
Для реалізації ЦА-перетворення переважно використовують два типи матриці резисторів:
- складеної з двійково-зважених резисторів;
- постійного імпедансу типу R-2R.
ЦАП на двійково-зважених резисторах
Матриця резисторів складена за принципом: номінал кожного резистора є еквівалентом двійкового коду з ряду:
.
E0
R 2R 4R 
АМ
N2R0
xn
Uвих
In A ОП
Схема ЦАП на двійково-зважених резисторах
Тут:
ОП – суматор струмів на операційному підсилювачі;
E0 – стабілізоване джерело опорної напруги;
АМ – аналоговий мультиплексор, що являє собою комутатор на ключах, які керовані вхідним цифровим (двійковим) кодом N2 (xn-1 xn-2 … x1x0).
Матрицярезисторів живиться напругою Е0 і залежновідположенняключів, тобтовідподаного кодуN2 на вхід АМ, перетворює код N2 на постійний струм.
При нульовомукоді N2min {000…0} (ключі у лівому положенні) у точці А струм мінімальнийі на виході ОП, що грає роль суматора зважених струмів InUвих=0. Якщо на вході ЦАП код N2max={111…1}, всі резистори матриці запаралелені (ключі у правому положенні) і у точці А струм In максимальний, що відповідає Uвих=Umax.
Таким чином, на виході n-розрядного ЦАП залежно від вхідного коду N2 при E=const
, (3)
де 
і це еквівалентна провідність матриці резисторів, значення якої залежить від комбінації вхідних змінних xi.
З (3) можна визначити значення одного дискрету напруги даного ЦАП:
, (4)
де 
- значення одного дискрету струму 
, який визначається найбільшим опором матриці, тобто молодшим розрядом ЦАП.
Якщо R=R0, то 
, а 
, що відповідає (2) при і 
.
Отже, як видно з (4), вага одного розряду ЦАП, яка визначає точність ЦА-перетворення залежить від розрядності n ЦАП і коефіцієнта 
підсилення ОП для старшого розряду 
Максимальна вихідна напруга з (2 і 4) ЦАП, при якій N2max={111…1},буде
. (5)
Перевага цієї схеми – простота технічної реалізації.
Недоліки:
1. Необхідність точного підбору різного номіналу резисторів (широкий діапазон R);
2. Високі вимоги до стабільності 
, яке має працювати у широкому діапазоні зміни навантаження 
.
ЦАП на основі матриці резисторів R-2R
2R
xn-12R
СР
R
xn-22R
R
xn-32R
R0
x0 R
2R 2R
ОПUвих
E1 МР А Б
Схема ЦАП на матрицірезисторів R-2R
Логічні елементи 2Iвиконують роль комутаторів рівнів (0 або 1) на розрядових лініях матриці залежно від комбінації вхідного коду 
. ОП виконує функцію суматора-підсилювача зважених на резистивному багатоступеневому подільнику та просумованих у точці Б струмів. На вхід схеми подається двійковий код 
. Опорною напругоюE0, якою живиться матриця R-2R, єнапруга на виході одного або більше, залежно від коду , логічних елементів 2I при xi=1. Отже, на потенціальних (лівих) виводах резисторів 2R буде E0=1 при xi=1, або E0=0 при всіх xi=0.
При 
для всіх резисторів 2R з’являєтьсяспільнанульова шина (у тому числіі у резистора 2R, що знаходиться між точками А і Б, бо точка Б має віртуальний нуль ОП). Отже, у точці А відносно нульового потенціалу еквівалентний опір матриці Rm=R, оскільки напруга на виході ОП нуль, то 
.
В результаті переміщення одиниці від старшого розряду (СР) до молодшого (МР) резистори матриці R-2R утворюють числовий (двійковий) ряд розрядів вхідного регістру n-розрядного ЦАП
,
постійним коефіцієнтом якого є число 
.
При 
еквівалентний опір матриці мінімальний, причому у 
разів менший за R, що забезпечує на виході ЦАП
. (6)
Таким чином, згідно з (3) при 
на виході n-розрядного ЦАП на основі матриці R-2R отримаємо напругу
, (7)
а якщо задати 
, то
. (8)
Перевага: простота реалізації, бо є лише 2 номінали резисторів.
Приклад. Визначити напругу 
для ЦАП на мікросхемі К572ПА1, якщо на його вході діє двійковий код N2={100111}.
Розв’язок. Для 10-розрядної мікросхеми К572ПА1 
. Вважаючи, що , 
, значення одного дискрету напруги
.
Тоді для заданого коду напруга на виході ЦАП
.
