Тема 5 Цифроаналоговые преобразователи

5. Цифроаналоговые преобразователи.
Для преобразования аналоговых сигналов в цифровые и
цифровых – в аналоговые употребляются:
аналого-цифровые преобразователи (АЦП);
цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).
Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).
Для преобразования цифрового сигнала в аналоговый (например,
в ток) воспользуемся формулой (7.1.5):
A  a1  2 n 1  a2  2 n  2  .....  an 1  21  an  20
В этой формуле вклад каждого следующего разряда в 2 раза
меньше предыдущего.
5. Цифроаналоговые преобразователи.
A  a1  2
n 1
 a2  2
n2
 .....  an 1  2  an  2
1
0
Значит, для создания аналогового сигнала – тока, нужно:
1. Создать n источников тока, каждый из которых дает ток в 2 раза
меньше предыдущего.
2. Соединить эти источники тока с выходом, причем источник
должен быть соединен с выходом, если ai = 1, и не соединен,
если ai = 0. На выходе токи складываются по закону Кирхгофа.
5. Цифроаналоговые преобразователи.
Создадим схему (рис. 5.1):
R2ּn-1
R2ּn-2
В нижней ветви схемы идет
самый большой ток. Во второй –
в 2 раза меньше, и т. д.
R21ּ
R
ИП
U
Рис. 5.1
Ключи позволяют подключать токовые сигналы к выходу. Они
должны быть включены, если в соответствующем разряде
цифрового сигнала – 1.
5. Цифроаналоговые преобразователи.
Воспользуемся электронным ключом (рис. 5.2):
a
X
Y
Рис.5.2. Электронный ключ.
Если а = 1, то вход X соединен с выходом Y.
Если а = 0, то вход X не соединен с выходом Y.
Электронный ключ можно собрать на n-p-n транзисторе, который
открывается положительным напряжением (1) на базе.
5. Цифроаналоговые преобразователи.
Тогда полная схема ЦАП (рис. 5.3):
а)
an-1
R·2n-1
б)
#
a2
R·21
a1
R·20
выход
Uоп.
Рис. 5.3. Принципиальная схема цифроаналогового
преобразователя (а) и его обозначение на схемах (б).
Здесь ai – цифровой вход, a1 – старший разряд, an-1 – младший.
5. Цифроаналоговые преобразователи.
Такая схема называется ЦАП с единичным приближением.
Недостаток ЦАП с единичным приближением – необходимо
большое количество резисторов с очень разными номиналами.
При большом количестве разрядов входного сигнала это
трудновыполнимо.
Чаще употребляется ЦАП с двоично-взвешенным приближением.
Для его создания необходимы только два номинала резисторов.
5. Цифроаналоговые преобразователи.
Рассмотрим схему ЦАП с двоично-взвешенным приближением:
an-1
2R
R
a2
R
2R
a1
2R
R
выход
Uоп.
Рис. 5.4. Принципиальная схема ЦАП с двоично-взвешенным приближением.
В такой схеме токи в узлах делятся пополам (доказать!).
В остальном схема работает так же, как и предыдущая.