Токхейм Р. - Основы цифровой электроники (1988)(ru) (775262), страница 64
Текст из файла (страница 64)
е. 1У „„= Ки х !2'в» = 0,066 х 3 = — 0,2 В. Выходное напряжение равно 0,2 В, когда на входы ЦАП подана двоичная комбинация 0001. Это как раз то, что требуется согласно строке 2 в табл. 12.1. Подадим теперь на входы ЦАП (рис. 12.5) двоичную комбинацию 0010. Для этого установим переключатель В в положение, соответствующее логической 1, тем самым приложим к ОУ напряжение, равное 3 В. Для коэффициента усиления в данном случае получаем Ки = Кос~йв» = ! 0000/75000 = 0,133.
Умножив этот коэффициент усиления на величину входного напряжения, найдем, что выходное напряжение равно 0,4 В, как и должно быть в соответствии со строкой 3 в табл. 12.1. Обратите внимание, что при переходе к каждому следующему числу в двоичной счетной последовательности нз табл. 12.1 выходное напряжение ЦАП должно увеличиваться на 0,2 В. Такое возрастание выходного напряжения обеспечивается за счет увеличения коэффициента усиления по напряжению ОУ при подключении различных резне~оров (К„К2, К„К ). Если бы в схеме на рис. 12.5 мы подключили только один резистор К (с помощью переключателя 0), то тем самым установили бы коэффициент усиления Ки = Нос~йш = !0000/18700 = 0535.
Умножение этого коэффициента усиления на величину входного напряжения (3 В) дает 1,6 В на выходе ОУ. Это соответствует строке 9 в табл. 12.1. Если все переключатели в схеме на рис. 12.5 установлены в положения, соответствуклцие логическим «единицам»э ОУ вырабатывает на своем выходе полные 3 В, поскольку коэффициент усиления в этом случае становится равным 1. 35! СОПРЯЖЕНИЕ ЦИФРОВЫХ И АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ В качестве входного можно использовать любое напряжение, не превышающее напряжение питания операционного усилителя (+ 10 В). Можно увеличить число двоичных разрядов, добавляя переключатели. При добавлении разрядного переключателя веса 1б в схему на рис.
12.5 потребуется резистор К, с сопротивлением, равным половине сопротивления резистора К . Таким образом, сопротивление резистора К должно быть равно 9350 Ом. При этом нужно будет также изменить сопротивление резистора обратной связи приблизительно до 5 кОм. На входы ЦАП можно тогда подавать 5-разрядные двоичные числа и по-прежнему получать на выходе аналоговый выходной сигнал, изменяющийся от 0 до 3 В. Схема цифро-аналогового преобразователя, показанная на рис. 12.5, имеет два недостатка: во-первых, в ней приходится использовать резисторы с широким диапазоном номиналов и, во-вторых, обеспечиваемая точность преобразования невысока.
Схема аафра-анале- тааьте ареебрамюа- тела Вьтолпяя следующие задания, проверьте, хорошо ли вы ус- воили излол!Сенный материал. 9. Рассчитайте коэффициент усиления по напряжению ОУ в схеме на рис. 12.5, когда в положение, соотвегствующее логической 1, установлен только переключатель С (переключатель разряда четверок). 1О. Используя полученное значение коэффициента усиления по напряжению из задания 9, рассчитайте выходное напряжение ЦАП на рис. 12.5, ко~да в положение, соответствующее логической 1, установлен только переключатель С. 11. Назовите два недостатка цифро-аналогового преобразователя, показанного на рис. 12.5.
12.4. Цифра-аиалоговые преобразователи лестпичного типа Суммаруюамь усала- тель Ке2В-схема лестаач- ЙОГО тмю Цифро-аналоговый преобразователь состоит из резистивной схемы н суммирующего усилителя. На рис. 12.6 изображена одна из возможных резистивных схем, обеспечивающих учет весового множителя на двоичных входах. Эту резистивную схему иногда называют К вЂ” 2К-схемой лестничного тина. Преимущество тако~о соединения резне~оров заключается в том, что используются резисторы только двух номиналов. Сопротивление каждого из резисторов К„ Кз, К, Кл и Кз равно 20 кОм, а каждого из резисторов Кь, К„КВ и Кос-10 кОм. Обратите внимание„что номиналы горизонтальных резисторов «лестницы» ровно в 2 раза больше номиналов вертикальных резисторов; отсюда и происходит название схемы.
552 глава н в л г и. е 1о 1с 1о 1о 3758 — 0 Суммирующий усилитель в схеме ЦАП на рис. ! 2.6 ничем не отличается от суммирующего усилителя, рассмотренного в предыдущем разделе. Еще раз обратим внимание на использование для питщщя ОУ источника напряжений двух знаков. Данный ЦАП работает аналогично простейшему ЦАП из предыдущего раздела.
Подробная информация о его работе содержится в табл. 12.2. Обратите внимание, что в рассматриваемом преобразователе используется входное напряжение, равное 3,75 В. Переход к каждому следуюгдему двоичному числу из приведенной в табл. 12.2 счетной последовательности на входах приводит к увеличению аналогового выходного сигнала на 0,25 В (это видно из крайнего правого столбца табл.
12.2). Напомним, что каждый 0 в столбцах для входов )7, С, В, А означает отсутствие напряжения (О В) на соответствующем входе. Каждая 1 в зтих столбцах означает, что к соответствующему входу приложено напряжение, равное 3,75 В. Входное напряжение выбрано равным 3,75 В, поскольку эта величина очень близка к выходному напряжению счетчиков и других ИС семейства ТТЛ, с которыми вам, возможно, придется иметь дело в своей работе. Таким образом, входы (17, С, В, А) ЦАП на рис. 12.6 можно непосредственно присоединить к выходам ЦАП Стньпатюонй усюмзепь Рнс. !2.б. Цнфро-аналоспвый преобразователь, прелставлпющнй резнстпвную схему, называемую К -2К-схемой лестннчного знпа.
СОПРЯЖВНИЕ ЦИФРОВЫХ И АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ табаиаа 12.2, 1аблаиа иатииивати лли ЦАП Преабразаваталь Ррввва Задании дни еиааии1юиерии Выполняя следующие задания, проверьте, хорошо ли вы усвоили изложенный материал. 12. Цифро-аналоговый преобразователь на рис. 12.6-это преобразователь типа. 13. Обратимся к рис. 12.6. Коэффициент усиления ОУ максимален, когда каждый из входных переключателей установлен в положение, соответствующее логическому(ой) (О, 1). !4. Обратитесь к рис. 12.6 и табл. 12.2.
Коэффициент усиле- любой ТТЛ ИС, при этом ЦАП будет работать в соответствии с табл. 12.2. На практике, однако, выходные сигналы ТТЛ ИС имеют заметный разброс„поэтому их следует пропускать через преобразователь уровня для получения выходного напряжения с высокой точностью. ЦАП на рис. 12.6 может иметь большее число двоичных входов 1для разрядов с весами 1б, 32, 64 и т.д.). Однако добавляя двоичные разряды, нужно оставлять неизменной показанную на схеме ЦАП структуру соединений резисторов при одновременном сохранении их номиналов. Мы обсудили два типа специальных дешифраторов, называемых цифро-аналоговыми преобразователями.
ЦАП лестничного типа обладает некоторыми преимушествами по сравнению с базовым устройством. «Сердцем» ЦАП является суммирующий усилитель вместе с резистивной схемой. ГЛАВА !2 ния ОУ в этом ЦАП минимален, когда только переключатель (А, В, С, )7) установлен в положение, соответствующее логической 1. 12.5. Аналого-цифровой преобразователь Аналого-цифровой преобразователь — это шифратор специального типа. Базовая структурная схема АЦП приведена на рис. 12.7.
На его входе действует одно изменяющееся напряжение. Это напряжение в данном случае изменяется от 0 до 3 В. С выхода АЦП снимаются двоичные сигналы, Двоичный винта В о г Анино вх Рис. 12.7. Структурнан схема АЦП. АЦП преобразует аналоговый сигнал напряжения на входе в 4-разрядное двоичное слово. Как и в случае любого другого шифратора, полезно точно определить ожидаемые значения входных и выходных сигналов.
Таблица истинности (табл. 12.3) показывает, как должен работать АЦП. Строка ! соответствует нулевому напряжению (О В) на входе. При этом выходы также находятся в нулевом состоянии (0000). Строка 2 соответствует 0,2 В на входе. На выходе в этом случае двоичное число 0001. Обратите внимание, что каждый раз (в каждой новой строке) увеличение входного напряжения на 0,2 В приводи~ к увеличению двоичного числа на выходе на 1.
И наконец, согласно строке 1б, когда ко входу приложено максимальное напряжение, равное 3 В, на выходе мы имеем двоичное число 1111. Обратите внимание, что таблица истинности для АЦП (табл. 12.3) получается в результате обращения таблицы истинности для соответствуюшего ЦАП (табл. 12.1); входы и выходы меняются местами. Таблица истинности для АЦП выглядит очень просто.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
