Цап с матрицей двоично-взвешенных сопротивлений

Учитывая простоту использования резистивной матрицы из двоично-взвешенных сопротивлений, рассмотрим пример её применения (рис.116).

Рис. 116. Схема ЦАП с двоично-взвешенными сопротивлениями

Входной цифровой код управляет ключевыми элементами. Если в данном разряде входного кода единица, то ключевой элемент подключает резистор данного разряда к потенциально нулевой точке А. Если в данном разряде входного кода ноль, то подключается на общий провод схемы.

За счет того, что в обоих случаях ключ коммутируется практически на нулевые сопротивления, то величина тока через этот резистор данного разряда не меняется независимо от того поступил код нуля или единицы. Это удобство этой схемы.

Кроме того, здесь можно в качестве ключевых элементов использовать полевые транзисторы, работающие при малом напряжении стока, что повышает их быстродействие. В отличие от ключей на биполярных транзисторах ключевые схемы на полевых транзисторах имеют малое сопротивление в состоянии «включено» и малое остаточное напряжение на ключе.

Рассмотрим принцип работы.

Рассмотрим пример, когда на схему поступает код 110, тогда ключевые элементы кэ₀ и кэ₁ будут замкнуты на потенциально нулевую точку А, а кэ₂ на общий провод схемы.

Если считать , , то .

, потому что ОУ включен по схеме преобразователя ток-напряжение.

,

учитывая, что , то:

, ,

.

Эту схему можно рассмотреть более просто, представив её как суммирующий усилитель с постоянным входным напряжением по каждому входу, но с цифровым регулированием коэффициента усиления, то есть эквивалентная схема:

Рис. 117. Эквивалентная схема ЦАП

Когда поступает код 110, , тогда:

.

Цап с матрицей r-2r с выходом по току

Схема такого преобразователя представлена на рис.118.

Рис. 118. Схема ЦАП с выходом по току

Здесь также входной цифровой код управляет ключевыми элементами. Если в данном разряде входного кода 1, то ключевой элемент данного разряда замыкается на потенциал нулевой точки А. Если в данном разряде 0, то на общий провод схемы. Учитываем при этом, что ОУ здесь включен по схеме преобразователя ток-напряжение. В обоих случаях получается, что ключ замыкается на короткозамкнутую нагрузку. Поэтому это не меняет соотношение токов, протекающих через резисторы 2R.

Для определения величин этих токов для простоты можно рассматривать случай, когда все ключи замкнуты на землю. Эквивалентная схема для определения тока I₀ будет.

Рис. 119. Эквивалентная схема для определения тока I₀.

Если , и все ключи замкнуты на точку А, то , так как . Так как ОУ включен по схеме преобразования ток-напряжение

И так как сумма токов меняется по двоичному закону, то и выходное напряжение будет изменяться по двоичному закону. За исключением преимуществ резистивной матрицы R-2R перед матрицей с двоично-взвешенными сопротивлениями свойства этой схемы аналогичны предыдущей (по быстродействию, по свойствам применяемых ключей). Именно по этой структуре построен К572ПА1.