Электроника

61

преобразователи (ЦАП). Вторые – аналого-цифровые преобразователи

(АЦП).

На рис. 54 представлена схема простейшего четырёхразрядного ЦАП.

Рисунок 54

Очевидно, что схема основывается на инвертирующем включении ОУ с ООС (см. разд. 5.6). Входное четырёхразрядное двоичное число определяет состояние ключей схемы – замкнутое или разомкнутое. Так, если замкнут только ключ S0, с учётом свойств инвертирующего включения:

Из (18) следует, что точность преобразования двоичного кода в аналоговое напряжение зависит, главным образом, от точности и стабильности опорного напряжения, точности и стабильности отношений сопротивлений резисторов схемы. Последнее обеспечивается сильной корреляцией параметров элементов ИС.

Из (18) также следует, что на выходе ЦАП напряжение будет не чисто аналоговым, а ступенчатым. Более точное приближение к аналоговому сигналу достигается увеличением разрядности ЦАП, т.е. увеличением числа ключей и резисторов схемы.

Схема простейшего АЦП приведена на рис. 55. Здесь ОУ выполняют функцию компаратора. Согласно (12), если напряжение на неинвертирующем входе ОУ больше, чем на инвертирующем, выходное

62

Рисунок 55

напряжение положительное и считается логической единицей, т.е. х = 1. В противном случае х = 0. На все неинвертирующие входы АЦП подаётся входное напряжение Uвх. На инвертирущие входы подаются напряжения с резистивного делителя напряжения. Эти напряжения зависят от опорного напряжения Uоп и от точки подключения входов к делителю (чем ниже по схеме, тем меньше). Поэтому при любом мгновенном значении Uвх часть компараторов выработает 1, другая часть – 0. Происходит преобразование аналогового входного напряжения в некоторое двоичное четырёхразрядное число.

Как и в случае ЦАП, точность преобразования определяется точностью и стабильностью опорного напряжения, сопротивлений резисторов и количеством разрядов. Если рассматривать погрешность преобразования ∆ Uвх как некоторую помеху, шум, то отношение сигнал/шум S/N в децибелах можно приближённо рассчитать по формуле:

где Z – разрядность преобразователя.

63

7.2. ИС на переключаемых конденсаторах

Из теории цепей известно, что на основе R, C элементов и усилителей можно построить аналоговые узлы с любыми амплитудно- и фазочастотными характеристиками. Однако интегральная технология не позволяет изготовить R и С элементы с большим сопротивленеием и ёмкостью, точность и стабильность их параметров очень невелика.

Указанная проблема успешно решается в ИС на переключаемых конденсаторах.

Рассмотрим цепь на рис. 56. Здесь транзисторные ключи S1и S2, изготовление которых сложности не представляет, управляются так, что их состояния поочерёдно изменяются. Конденсатор С может обладать очень маленькой ёмкостью, и поэтому его изготовление в виде МДП конденсатора трудности не представляет.

Рисунок 56

Когда S1 замкнут, происходит частичный заряд емкости С. Когда S1 разомкнут, возникает некоторый ток разряда. В результате от входа к выходу протекает некоторый средний ток. Можно доказать, что если изменение состояний происходит с большой тактовой частотой fc, то такая цепь ведёт себя как активное сопротивление со средней величиной Rэкв = 1/ С ∙ fc. Эффектом квантования, непостоянства сопротивления можно пренебречь, если тактовая частота fc намного превышает частоты сигналов, подвергающихся обработке в цепях с такими R.

Сопротивление таких «резисторов» тем больше, чем меньше емкость С, и чем выше тактовая частота. То и другое облегчает изготовление ИС.

Фундаментальным свойством RC-цепей является также то, что вид и параметры их АЧХ и ФЧХ определяются не столько абсолютными

64

величинами R и С, сколько постоянными времени τ RC-цепочек. Рассмотрим, например, интегрирующую RC-цепочку (рис. 57а). Её постоянная времени

определяется выражением τ = RC. Если резистор такой цепочки заменить на эквивалентный «резистор» с переключаемым конденсатором (рис. 57б), получим:

Таким образом, в ИС на переключаемых конденсаторах необходимые АЧХ и ФЧХ можно получить при использовании только удобных для изготовления в ИС элементов: МДП конденсаторов с малой ёмкостью, транзисторных ключей, усилителей и генераторов тактовой частоты. Параметры таких ИС зависят от отношений ёмкостей МДП конденсаторов, которые отличаются высокой точностью и стабильностью. Изготовление тактового генератора с точной и стабильной частотой также является типовой, успешно решаемой задачей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Власов В.П., Каравашкина В.Н. Физические основы электроники: Учебное пособие для вузов / МТУСИ. - М., 2016. - 70 с.

2. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника / Под ред. Н.Д. Фёдорова. – М.: Радио и связь, 1998.

3. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М.: Сов. радио, 1980.

–423 с.

4.Власов В.П., Каравашкина В.Н. Физические основы электроники: практикум / МТУСИ. – М., 2015.

5.Смирнов Ю.А., Соколов С.В., Титов Е.В. Физические основы электроники: учебное пособие для вузов. – СПб.: Лань, 2013. – 599 с.

6.Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. Электроника: учебник для вузов. – М.:

Дрофа, 2009. – 704 с.

65

План УМД на 2019/20 уч.г. С. 10, п. 50

Вячеслав Петрович Власов Валентина Николаевна Каравашкина

ЭЛЕКТРОНИКА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Подписано в печать 28.05.2019г. Формат 60х90 1/16. Объём 4,1 усл.п.л. Тираж 100 экз. Изд. № 49.

66

ВЫГОДНО. УДОБНО. НАДЕЖНО

ИНТЕРНЕТ

WI-FI

СТАБИЛЬНАЯ СКОРОСТЬ НАДЕЖНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

ТЕЛЕВИДЕНИЕ

ИНТЕРЕСНЫЕ ТЕЛЕКАНАЛЫ СО ВСЕГО МИРА НА РАЗНЫХ ЯЗЫКАХ

HDTV

WWW.AKADO.RU

ОАО «КОМКОР», 117535, РОССИЯ, МОСКВА, ВАРШАВСКОЕ ШОССЕ, 133

ЛИЦЕНЗИИ № 123058, 123059, 123056, 123057, 153190, 153191, 153189, 123060