Токхейм Р. - Основы цифровой электроники (1988)(ru) (775262), страница 63
Текст из файла (страница 63)
12.1. Предположим, что нам нужно преобразовать двоичный сигнал с выхода процессора в выходное напряжение, изменяющееся в интервале 0-3 В. Как и в случае любого дешифратора, нужно сначала составить таблицу истинности для всех возможных комбинаций сигналов на входах дешифратора.
сс"с",'111~0!12,6 : бт„-::.:,;:.,!! 1;1!О 2,В зд Возможные состояния четырех входов (1У, С, В, А) ЦАП указаны в табл. 12.1. Входные сигналы представлены в двоичной форме. Каждая 1 соответствует уровню напряжения в интервале +3 — +5 В. Каждый 0 — уровню напряжения, близкому к 0 В. Выходные напряжения указаны в крайнем правом столбце табл. 12.1.
Как видно из зтой таблицы, нулевому состоянию !0000) входов ЦАП соответствует нулевой выходной сигнал !О В). Если на входы подана двоичная комбинация 0001, на выходе появляется сигнал 0,2 В. Устанавливая на входах 0010, получаем на выходе 0,4 В.
Обратите внимание: когда мы «спускаемого> в табл. 12.1 вниз, " В более общем смысле кинтерфейс» —:ло комплекс средств унифицированносо сопряжения между отдельными частями системы обработки ланных, куда входят нс толька аппаратные срелства, но и правила, устанавливаю!дне принципы взаимодействия подсистем; Прим. перев. тяб:ввы 12.1. тяблиав встссссяог~в сис !!А!! ! Цвфосвса в~:. 'с: —:,.'„:;:.;., -с.-!.! +. м -"~ 00,1;01! 10 ;Рс 10; 1 ! 1 1О 12 с,0~1!1!114 С'Фсяв!Р 1 ' 1 ! О ! О 2,4 !Х 34б ГЛАВА 12 'ЧОЮООЕОР ВХОД 4 2 с в Аналотоаый аыкод а о 1 л Рас. 12.2. Струнтурнаа схема ЦАП. Ретнстненаа схема Суммнруююнй уса- лнтель Оаерннноннмй усн- лнтель ОР Масютайнруемый уснлнтель Выполняя следующие задания, проверьте, хорошо ли вы ус- воили изложенный материал.
" Илн рсзистивными матрмиамн.— Прим. Верен. в каждой новой строке аналоговый выходной сигнал увеличивается на 0,2 В. Структурная схема ЦАП приведена на рис. 12.2. Слева показаны цифровые входы (!3, С, В, А). Дешифратор состоит из двух блоков: резистивной схемы и суммирующего усилителя. Выходным сигналом является напряжение, считываемое с вольтметра, который показан справа.
Назначение резистивной схемы — учет весового коэффициента для цифровых сигналов на входах ЦАП (вес 1 на входе В в два раза больше веса 1 на входе А, вес 1 на входе С в четыре раза больше веса 1 на входе А и т.д.). Для этой цели можно использовать несколько различных способов соединения резисторов.
Такие резистивные схемы называются многозвенными резистивными схемами лестничного типа". Суммирующий усилитель в схеме на рис. 12.2 усиливает поступающие на его вход сигналы (с выхода резистивной схемы) до уровня, соответствующего значениям выходного напряжения в крайнем правом столбце табл. 12.1. В качестве суммирующего усилителя обычно используется аналоговая ИС, называемая операционным усилителем, или сокращенно ОУ, Суммирующий усилитель называют также масштабируемым' усилителем. Итак, дешифратор специального типа, называемый цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), состоит из двух блоков: группы резисторов, образующих многозвенную резистивную схему лестничного типа, и операционного усилителя (ОУ), используемого в качестве суммирующего усилителя.
ГОНРяжпние пипровъгх и АБАЯОГОВых устРОясГВ 1. Шифратор специального типа, преобразующий информацию из аналоговой формы в цифровую, называется 2. Дешифратор специального типа, преобразующий информацию из цифровой формы в аналоговую, называется 3. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) состоит из схемы и усилителя. 4. Сокращение «ОУ» используется для обозначения 12.2. Операционные усилители Усилители специального типа, называемые операционными усилителями (ОУ), характеризуются высоким входным сопротивлением, низким выходным сопротивлением и изменяющимся в широких пределах коэффициентом усиления по напряжению, величину которого можно установить внешними резисторами.
Условное графическое обозначение ОУ показано на рис. 12.3, а. Видно, что ОУ имеет два входа. Верхний вход называется п>>вери>ирующпм входом. На условном графическом обозначении ОУ этот вход отмечен знаком минус ( — ). Второй вход называется иеинпер>лирующплс входом. На условном графическом обозначении ОУ он отмечен знаком плюс (+). Справа показан выход усилителя. Инвертнруююнй вход Ненивертнруюк"й вход Инвертирующий еяод Неннвертирующиа Выход вход + 1. Пяыя > Ик. 12.3.
Операинонный усилитель. а. условное обозначение; б †входн резистор и резистор обратной связи, используемые для >становяи требуемого значения аозффипиента усиления по напряжению. Операционный усилитель почти никогда не используется сам по себе. Обычно к нему добавляются два резистора, как показано на рис. 12.3,б, для установки требуемого значения коэффициента усиления по напряжению. Резистор й„„ называется входным резистором".
Резистор тх называется резистором обратной связи. Коэфд>ициеип> усилении по напряэюению для такого усилителя находится с помощью простой формулы Козфйюпиеит усиленна но напрюпепию я Кя= —— явх '> В этой главе мы изменили обозначения авторов и привели их в соответствие с принятыми в отечественной литературе.— Прим. иерее. ГЛАВА 12 Ки (коэффициент усиленна по напряжению) = Кое/Квх. Предположим, что к ОУ присоединены резисторы с одинаковыми сопротивлениями: Ке, = 1О кОм и КВ, = 10 кОм. Используя нашу формулу для коэффициента усиления по напряжению, получаем Ки = Ноеххй„„= ! 0000хх!0000 = !. Коэффициент усиления такого усилителя равен 1.
В нашем примере, если в схеме на рис. 12.3,б входное напряжение 1.1в, = 5 В, то и выходное напряжение 17вы„= 5 В. Используется инвертирующий вход усилителя, поэтому, строго говоря, если входное напряжение равно + 5 В, то выхолное напряжение равно — 5 В. Коэффициент усиления по напряжению данного ОУ можно также рассчитать с помощью формулы Ки = Г'выхх~'вх Значит, для рассматриваемой схемы коэффициент усиления по напряжению Ки = г'ввхх/12вх = 5/5 = 1 Получаем то же самое елиничное значение этой величины.
Предположим теперь, что К,„=1 кОм и К с =10 кОм, как в схеме на рис. 12.4. Чему равен коэффициент усиления по напряжению для этой схемы? Коэффициент усиления по напряжению рассчитывается по формуле Ки = Коих Квх = 1000011000 = 10 Если, например, входное напряжение равно 0,5 В, то выход- ное напряжение в 1О раз больше, т.е. равно 5 В. Вольтметр на выходе схемы на рис. 12.4 покажет 11вых ех — 5 В.
! Рве. 12.4. Схема ОУ, поэаолвюгнан определвгь коэффнпвент усвленна по напраженвю. Вы узнали теперь усиления по напряжению ОУ путем изменения отношения сопротивлений входного резистора и резистора обратной связи. Вам необходимо научиться устанавливать этот коэффициент усиления, используя резисторы К„„и Кое различных номиналов. Итак, ОУ является частью цифро-аналогового преобразователя; он используется в этом преобразователе в качестве суммирующего усилителя.
Коэффициент усиления ОУ очень просто задать, выбрав соответствующее отношение сопротивлений входного резистора и резистора обратной связи. 348 ! Выходное нанрапеаве Кв = — ви" 11вх 1 исы Нее ьф Иа. тв- -, Г' и '. ех 'он как можно изменять коэффициент СОПРЯЖЕНИЕ ЦИФРОВЫХ И АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ згыгяиия чля сяегоггряясргог 349 Вьтолияя следующие задания, проверьте, «орогио ли вы ус- воили излозгсеггггый материал. 5. Резистор Вес в схеме ОУ на рис. 12.3,б называется резистором 6. Резистор й„„в схеме ОУ на рис. 12.3, б называется резистором. 7. Найдите коэффициент усиления по напряжению ОУ в схеме на рис. 12.3, б, если В,„=! кОм и Ксс — — 20 кОм.
8. Чему будет равно выходное напряжение того же ОУ, если входное напряжение равно +0,2 В? 12.3. Основная схема цифра-аналогового преобразователя Схема простого цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) приведена на рнс. 12.5. Этот ЦАП состоит нз двух блоков. Резистивная схема (слева) собрана на резисторах К„ К„ Кз и Кв. Суммирующий усилитель (справа) включает в себя ОУ н резистор обратной связи. Входное напряжение Ц,„, равное 3 В, приложено к переключателям К С, В и А. Выходное напряжение Цв„„измеряется вольтметром.
Обратите внимание, что лля ОУ требуется довольно необычный источник питания с выводом средней точки, обеспечивающий питающие напряжения +10 В и — 1О В. и ° выводом средней точки Двоичный ВхОд в 4 2 зв налоговый вывод Рвс. 12.5. Пряяяяпиальнав схема ПАП. Если все переключатели замкнуты на общий провод 10 В), как показано на рис. 12.5„то входное напряжение 350 ГЛАВА Гв в точке А равно 0 В и выходное напряжение также равно 0 В. Такая ситуация соответствует строке ! в табл.
123. Предположим теперь, что мы установили переключатель А в положение, соответствующее логической ! (см. рис. 12.5). Тогда к ОУ будет приложено входное напряжение, равное 3 В. Рассчитаем коэффициент усиления по напряжению получившегося усилителя. Этот коэффициент усиления зависит от сопротивления резистора обратной связи К ,, равного 1ОкОм, и сопротивления входного резистора КВ„, т.е.
в данном случае от сопротивления резистора К„равного 150 кОм. Используя формулу для коэффициента усиления, находим Аи = Кос/Кв» = ! 0000/! 50000 = 0,066. Чтобы получить выходное напряжение, мы умножаем этот коэффициент усиления на величину входного напряжения, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
