ЛР2. Исследование схем построения ЦАП и АЦП (1058392), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В режиме прямой трансляции сигнала с входа на выход таймер работает в ди­апазоне частот до 10 МГц. Однако приводимое в справочных данных значение по­грешности формирования временного интервала, равное 0,5%, измеряется обычно при формировании импульсов длительностью более 10 мкс. Время нарастания вы­ходного напряжения таймера не превышает 100 нс.

Временные параметры таймера незначительно зависят от изменений Ucc и тем­пературы и полностью определяются компараторами и технологией их изготовления. В таймерах, изготовленных по КМОП-технологии, отличающейся худшим согласова­нием параметров парных транзисторов, зависимость характеристик от Ucc и темпера­туры значительно выше, чем у таймеров, изготовленных по биполярной технологии.

Чтобы параметры времязадающей RC-цепи не влияли на точность формирова­ния временных интервалов, необходимо ограничить диапазон изменения сопротив­ления R и емкости С. Максимальное сопротивление R определяется входным током I_i компараторов. Для формирования устойчивых временных интервалов достаточно выбрать максимальное сопротивление R из условия R_max < Ucc/I_i; при Ucc = 10 B и I_i = 0,5 мкА R_max = 20 МОм. При включении таймера по схеме мультивибратора, ког­да выводы 2 и 6 объединены, таймер сохраняет работоспособность при R > R_max, при этом не рекомендуется использовать времязадающие резисторы с сопротивлени­ем R > 10 МОм.

Минимальное сопротивление R определяется максимально допустимым то­ком, протекающим через транзистор VT1 таймера при его насыщении. Хотя допу­стимый выходной ток устанавливают обычно на уровне 100 мА, не рекомендуется использовать малые сопротивления R в сочетании с большими емкостями С. Объ­ясняется это тем, что при разряде конденсатора большой емкости транзистор VT1 переходит в режим насыщения через конечное время, в течение которого он нахо­дится в активном режиме при напряжении коллектор-эмиттер U_кэ = Ucc/2, и при R_min он может выйти из строя из-за большой рассеиваемой на нем мощности. По­этому при формировании малых временных интервалов рекомендуется ограни­читься значением R_min = 1 кОм и выбрать исходя из этого емкость С. Если же таймер применяется в схеме, где С < 100 пФ, то сопротивление R может быть уменьшено до 150 Ом.

Минимальная емкость времязадающего конденсатора С должна быть значи­тельно больше изменений емкости выводов 2, 6 и 7, зависящей от напряжения на них. Поскольку эти изменения при перезаряде С не превышают нескольких пикофарад, при формировании точных временных интервалов целесообразно выбирать С < 100 пФ. Можно применять конденсаторы С сколь угодно большой емкости, если их ток утечки пренебрежимо мал. Фактически же, чем больше емкость конденсатора, тем больше его ток утечки; для нормальной работы таймера необходимо, чтобы этот ток не превышал зарядный ток через резистор R. Для формирования точных (<1%) временных интервалов ток утечки через С должен быть более чем на два порядка меньше зарядного тока.

Выходной инвертирующий усилитель таймера UM работает в режиме АВ, вследствие чего на переходной характеристике возникает "полка" длительностью 10...20 нc при напряжении 1,5 В. Если таймер нагружен на быстродействующие TTJI-схемы (например, серий 130 или 533), то наличие такой "полки" недопустимо, так как она может вызвать ложное срабатывание логического элемента. Для устра­нения этого недостатка необходимо выход таймера зашунтировать конденсатором емкостью около 100 пФ.

Преобразователи на интегральных таймерах отличаются весьма широким ча­стотным диапазоном (в пределах 2...4 декад) [25]. Так, при включении таймера по схеме самовозбуждающегося мультивибратора можно получить линейный преобра­зователь напряжения в частоту, изменяющуюся от 10 Гц до 10 кГц, причем этот ди­апазон может быть легко сдвинут в любую сторону заменой одного из элементов схемы [25]. К сожалению, модель таймера NE555 в программе EWB далека от совер­шенства и не позволяет это реализовать. Предварительное исследование преобразо­вателя, схема которого приведена на рис. 6, показало, что преобразуемое напряжение должно быть больше напряжения питания Ucc. Кроме того, модель не работает при отсутствии дополнительного сопротивления в цепи разряда интегриру­ющего конденсатора (транзистор VT1), поэтому сопротивление его заряда составле­но из сопротивлений двух резисторов — R и R’.

В схеме на рис. 6 использована пассивная интегрирующая RC-цепь, по­скольку преследовалась только цель проверки ее работоспособности. Для повыше­ния линейности преобразователя на входе практического аналога такой схемы используется преобразователь напряжение-ток (стабилизатор тока) [25].

Рис.7. Осциллограммы на выходе таймера(А) и интегрирующем конденсаторе (В)

Осциллограммы сигналов на выходе OUT микросхемы и конденсаторе C пока­заны на рис. 7.

Контрольные вопросы и задания

1. Что из себя представляют интегральные таймеры и почему они так называются?

2. Чем вызвана популярность интегрального таймера NE555?

3. Проверьте работоспособность схемы преобразователя на рис. 6 при Ui = 4...40 B с оценкой линейности преобразования в этом диапазоне.

4. Проведите анализ и испытание преобразователя напряжение-частота и мульти­вибратора на NE555.

1. Библиотечные ЦАП и АЦП

В библиотеке программы EWB 4.1 преобразователи представлены 8-разряд­ными ЦАП и АЦП.

Схема включения библиотечного ЦАП (рис. 8) содержит собственно ЦАП (DAC V), два источника опорного напряжения +Uop и -Uop, генератор слова и ос­циллограф.

Рис.8. Схема включения библиотечного ЦАП с установками генератора слова для его ис­пытания

Выходное напряжение ЦАП определяется выражением [67]:

Uo = D[(+Uop) + (-Uop)]/256,

где D — десятичный эквивалент входного двоичного кода (например, при входном коде 00000011 D = 3).

Задавая соответствующие кодовые комбинации на выходе генератора слова, можно с помощью осциллографа измерить максимальное выходное напряжение ЦАП, а также минимальное, соответствующее младшему разряду и определяющему разрешающую способность ЦАП. Нумерация разрядов показана на графическом значке ЦАП, осциллограмма выходного сигнала при указанных на рис. 8 кодо­вых комбинациях — на рис. 9.

Для ЦАП с опорными источниками тока +Iop, -Iop (DAC I — см. разд. 2.7) ток прямого и инверсного выхода определяется соответственно формулами [67]:

Io - D[(+Iop) + (–Iop)]/256; Iо’ = 255[(+Iор) + (–Iор)]/256 – Iо.

Схема включения библиотечного АЦП (рис. 10) содержит собственно АЦП (ADC), источники опорного напряжения, генератор слова для синхронизации и уп­равления выходом АЦП, функциональный генератор в качестве источника входно­го сигнала Ui, логический анализатор, преобразователь двоичный код-код ASCII и осциллограф.

Назначение выводов АЦП: VIN — вход для источника преобразуемого сигна­ла; VREF+, VREF — вход для источников опорного напряжения; SOC — вход син­хронизации; OE — разрешение на выдачу двоичной комбинации на выходы D0...D7; EOC — сигнал готовности данных (например, при выдаче данных на ЭВМ).

Для заданного значения входного напряжения Ui, зафиксированного, напри­мер, с помощью устройства выборки и хранения (см. разд. 10), десятичный экви­валент двоичного кода на выходе АЦП определяется выражением [67]:

D = 256Ui/ [(+Uop) + (–Uop)].

Рис.9. Осциллограмма выходного напряжения ЦАП

Рис. 10. Схема включения библиотечного АЦП

Рис. 11. Осциллограммы выходного сигнала АЦП на экране логического анализатора

Устройство ASCII позволяет записать данные в текстовый файл. После двой­ного щелчка по его изображению вызывается стандартное диалоговое окно, в кото­ром указывается имя файла. По умолчанию в меню предлагается имя схемного файла с расширением .txt.

Полученные данные с АЦП можно анализировать с помощью логического анализатора и осциллографа. Данные на экране логического анализатора при пре­образовании синусоидального сигнала напряжением 1 B и частотой 1 кГц показа­ны на рис. 11.

Рис. 12. Осциллограммы выходного сигнала ЦАП (А) и входного АЦП (В)

Начальный участок данных на рис. 11 после их преобразования в аналого­вый сигнал с помощью ЦАП показан в виде осциллограммы на рис. 12.

Контрольные вопросы и задания

1. Используя данные на рис. 8 и 9, установите, каким кодовым комбинациям генератора слова соответствуют уровни выходного напряжения ЦАП в точках установки визирных линеек на осциллограмме рис. 9. Определите разрешаю­щую способность ЦАП (цену младшего разряда — MP).

2. Составьте схему для испытания ЦАП с опорными источниками тока.

3. Используется ли ЦАП в составе библиотечного АЦП?

4. Проведите качественный сравнительный анализ осциллограмм на рис. 11 и 12.

5. Проведите сопоставительный анализ данных на рис. 11 и данных, зарегист­рированных в текстовом файле.

6. Ознакомьтесь со схемой включения в АЦП библиотечного ЦАП DAC I, а также с применением библиотечных АЦП и ЦАП в импульсно-кодовом, используемом в циф­ровых системах связи.

1. Преобразователь на управляемых источниках

Источники напряжения из программы EWB 5.0, управляемые напряжением (ИНУН), которые могут быть использованы в преобразователях напряжение-частота, по­казаны на рис. 13.

Все три источника имеют практически одинаковый набор параметров. Например, диалоговое окно источника с выходным сигналом прямоугольной формы содержит две закладки со следующим набором редактируемых параметров: нижний L = 0 B и верхний Н = 1 B уровни прямоугольного импульса, т. е. задается последователь­ность импульсов положительной полярности с амплитудой 1 B; коэффициент запол­нения D = 0,2; длительность переднего TR = 1е-09 с и заднего TF = 1е-09 с фронтов; параметр N = 3 определяет количество точек, в которых заданному входному напря­жению в строках параметров С1...С5 (С1 = 0 B, С2 = 10 B, СЗ = 20 B, С4 = С5 = 0 В) будет соответствовать заданная частота в строках параметров F1...F5 (F1 = 1 Гц, F2 = 10 Гц, F3 = F4 = F5 = 1 Гц), т. е. задаются участки с различным коэффициентом преобразования (Гц/В).

а) б) в)

Рис. 13. ИНУН с выходным напряжением прямоугольной (а), треугольной (б) и
синусоидаль­ной формы (в)

а)

б)

Рис. 14. Схема включения ИНУН с выходным напряжением прямоугольной формы (а) и
ос­циллограммы его входного (А) и выходного (В) сигналов (б)

Характеристики

Список файлов лабораторной работы