10.7. Цифро-аналоговые преобразователи (цап)

Задача цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) – преобразование двоичного кода в выходное напряжение, пропорциональное весовым коэффициентам разрядов двоичной системы счисления (8,4,2,1). Наиболее простая схема ЦАП представляет собой взвешивающую резистивную матрицу из сопротивлений R, 2R, … (pис. 10.7.1a), в которой сумма токов , протекающих через резистор R₀, пропорциональна весовым коэффициентам двоичных разрядов, а выходное напряжение при R₀R пропорционально двоичному числу.

а) б)

Рис. 10.7.1. Пассивные цепи ЦАП

Условие R₀R должно выполняться в тех случаях., когда источники выходных сигналов имеют заметное внутреннее сопротивление R_и1, R_и2, … (для идеальных источников с R_и=0, R₀ может быть бесконечно большим). В качестве входных источников в ЦАП используют формирующие ключи К₁, К₂, … (рис. 10.7.1б), которые обеспечивают стабильные уровни напряжений логической 1, равные опорному напряжению U. При R₀R единичные приращения U_вых могут оказаться соизмеримыми с уровнем шумов.

Для увеличения выходного сигнала можно использовать операционный усилитель с отрицательной обратной связью через резистор R_ОС (рис. 10.7.2а).

Рис. 10.7.2 Схема активных ЦАП

Схему с ОС нетрудно преобразовать в схему без обратной связи (рис. 10.7.2б) с вносимым сопротивлением, определяемым формулой:

,

где К - коэффициент усиления ОУ. В такой схеме R_вн выполняют функции резистора R₀ (рис. 10.7.3.) и позволяет обеспечить условие R₀R. Так, при R_ОС=10⁴ Oм и K=10⁵ Oм уровень выходного напряжения равен:

. (10.1)

Недостаток схем ЦАП с ОУ – сравнительно невысокое быстродействие, которое определяется частотными параметрами ОУ.

О бщий недостаток ЦАП со взвешивающими резистивными матрицами проявляется при большом числе двоичных разрядов (n=8…12) из-за большого различия сопротивлений взвешивающих резисторов (в 2ⁿ раз), которые трудно реализовать в интегральном исполнении. Для преодоления этого недостатка используют отдельные взвешивающие матрицы для младших, средних и старших разрядов двоичного кода с дополнительным пропорциональным делением выходных напряжений матриц не старших разрядов или резистивные матрицы типа R-2R (рис. 10.7.3а).

Рис. 10.7.3. Матрица резисторов для ЦАП и обозначение ЦАП

Общее графическое обозначение ЦАП (рис. 10.7.3б) показывает характер преобразования: В или # - двоичный код, А или  - аналоговая информация.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию АЦП, опишите его принцип работы.

2. Приведите схему АЦП с интегрированием.

3. Приведите схему АЦП с последовательным сравнением.

4. Каковы основные характеристики АЦП?

5. Дайте определение понятию ЦАП.