Порядок выполнения работы.

Задание №1. Сборка макета ЦАП со взвешенными резисторами.

1. Собрать на монтажной плате схему по рис. 2.

2. Подключить опорное напряжение и определить величину выходного напряжения, соответствующего каждому включенному ключу.

3. Составить таблицу значений выходных напряжения ЦАП, соответствующих полному набору кодовых комбинаций ключей.

4. Построить график зависимости U_вых от значений кода входного сигнала.

Задание № 2. Сборка макета ЦАП с цепочкой резисторов R-2R

1. Собрать на монтажной плате схему по рис. 3.

2. Повторить п.п. 2-4 предыдущего задания.

Отчет.

Отчет по работе должен содержать:

1. Описание работы (краткая теория, схемы ЦАП, порядок выполнения работы).

2. Таблицы с измеренными значениями зависимости U_вых от входного кода.

3. Графики зависимости с оценкой линейности.

Лабораторная работа № 11.

Изучение аналогово-цифровых преобразователей (ацп).

Цель работы: изучение работы АЦП типа "напряжение-частота".

Оборудование: монтажная плата с элементами АЦП, набор резисторов, блок питания, конденсаторы, частотомер, провод монтажный.

Вопросы

к допуску:

1. С какой целью применяют устройства типа АЦП?

2. Основные параметры АЦП.

3. На каком принципе основана работа мультивибраторного АЦП?

4. Расчет основных элементов мультивибратора.

5. Методы контроля выходного сигнала АЦП.

6. Схемы установок. Порядок выполнения работы.

к сдаче:

1. Объяснить работу мультивибраторного АЦП.

2. Оценить результат преобразования АЦП.

Введение.

1. Аналогово-цифровые преобразователи.

Под аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) понимают устройство, позволяющее осуществить переход от информации в аналоговой форме к информации в цифровой форме. Эти преобразователи широко используются для ввода в ЭВМ аналоговых данных, при цифровом измерении аналоговых сигналов, для перехода к цифровым сигналам в цепях автоматического регулирования и т.п. вместе с ЦАП такие преобразователи используют в системе обработки данных, построенных на базе ЦЭВМ.

2. Входные и выходные сигналы ацп. Основные параметры.

Для большинства АЦП входным параметром является напряжение, выходным - соответствующее ему значение цифрового (обычно двоичного) кода или число импульсов. Обычно в АЦП происходит сравнение уровня входного напряжения с последовательностью уровней напряжения, которая построена в соответствии с цифровым кодом. Последовательность уровней напряжения формируется так, чтобы она приближалась к уровню входного напряжения до тех пор, пока оба напряжения не станут равными. После этого двоичное число, представляющее напряжение сформированного уровня, считывается из преобразователя.

К основным параметрам АЦП можно отнести:

1. Количество разрядов (разрешающая способность).

2. Точность, определяемая абсолютной погрешностью полной шкалы δ_п.ш..

3. Быстродействие (время преобразования t_прб), т.е. интервал времени от момента заданного изменения сигнала на входе до появления на выходе установившегося кода.

3. Работа мультивибраторного ацп.

Устройства, преобразующие аналоговую величину, входят в состав многих измерительных приборов. К таким устройствам относятся преобразователи типа "напряжение-частота", т.е. частотные модуляторы. Входная частота таких преобразователей пропорциональна приложенному извне управляющему (входному) напряжению. Примером такого устройства, выходная частота которого зависит от управляющего напряжения, является мультивибратор (рис. 1).

Рис. 1.

При включении питания происходит заряд конденсаторов С1 и С2. Ток заряда протекает через базы транзисторов, из-за чего увеличиваются и токи коллекторов. Т.к. транзисторы имеют разные коэффициенты усиления, ток коллектора одного из них быстрее достигает максимального значения, а напряжение на коллекторе быстрее уменьшится почти до нуля. Пусть это будет транзистор VT1. Заряд конденсатора С1 прекратился (т.к. U_к1=U_б2) и он начинает разряжаться по цепи: открытый транзистор VT1, источник питания, R_б2. Ток разряда через R_б2 приводит к тому, что на базе VT2 напряжение ниже нуля - транзистор VT2 запирается.

Разряд С1 происходит с постоянной времени, равной . Все это время (, см. рис. 1, а) VT1 отперт, VT2 - заперт. По окончании разряда С1 (в момент времени t₁) через базу VT2 начинает протекать ток от источника питания через R_б2. Это приводит к отпиранию VT2 и напряжение на его коллекторе снижается почти до нуля. Конденсатор С2 начинает разряжаться по цепи: открытый транзистор VT2, источник питания, резистор R_б1. Это приводит к запиранию VT1. Напряжение на коллекторе VT1 возрастает. Далее процесс повторяется. Транзисторы VT1 и VT2 открываются поочередно.

При условии симметричности схемы (R_к1=R_к2, R_б1=R_б2, С₁=С₂) полупериоды колебаний Т₁ и Т₂ будут равны и частота колебаний будет определяться временем разряда конденсаторов С1 и С2 через сопротивления R_б1 и R_б2:

.

Если заменить обозначения R_б1=R_б2=R_б; R_к1=R_к2=R_к; С₁=С₂=С; Т=Т₁+Т₂, то формула расчета частоты колебаний мультивибратора примет вид:

.

Рис. 1, а. Диаграммы напряжений на коллекторах и базах транзисторов мультивибратора.

Для изменения частоты мультивибратора изменяют напряжение цепи баз транзисторов (рис. 2).

Рис. 2.

Для практической реализации мультивибраторного АЦП можно использовать схему, приведенную на рис. 3.

Рис. 3. Реализация мультивибраторного АЦП на элементах 2И-НЕ.

При подаче напряжения от 0 до 1,8 В частота выходных импульсов практически линейно зависит от входного сигнала.