- •1. Цели и задачи учебной дисциплины
- •2. Обозначения
- •Элементы кода ip и их обозначения
- •Примеры использования букв в коде ip
- •Общие принципы построения Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (гсп)
- •Методические указания
- •Измерительные устройства систем автоматизации
- •Структурные схемы си
- •С труктурные схемы си прямого действия.
- •Цифроаналоговый преобразователь (цап)
- •Аналого-цифровой преобразователь (ацп)
- •Гальваническая развязка (гр)
- •Гальваническая развязка и использованием трансформатора
- •Функциональные возможности технических средств автоматизации
- •(Компенсация погрешности датчика)
- •Сдвиг характеристики
- •Изменение наклона характеристики
- •Цифровая фильтрация измерений (входного сигнала)
- •Полоса фильтра
- •Глубина фильтра
- •Логические устройства (лу)
- •Измеритель-регистратор
- •Двухпозиционный регулятор (релейный)
- •Типы логики Прямой гистерезис
- •Обратный гистерезис
- •Дополнительные функции двухпозиционного регулятора
- •Задержка включения и выключения выходного устройства
- •Удержание выходного устройства в замкнутом и разомкнутом состоянии в течение заданного времени
- •Аналоговый регулятор (ар)
- •Общие принципы формирования пид-регуляторов
- •Принцип формирования пропорционального регулятора (в цифровом виде)
- •Пропорционально-дифференциальное регулирование
- •Пропорционально-интегральное регулирование
- •Модули ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов
- •Входные электрические цепи
- •5. Метрологическое обслуживание
Цифроаналоговый преобразователь (цап)
Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) предназначены для преобразования цифровых сигналов в аналоговые и служат для сопряжения цифровых устройств формирования и обработки сигналов с аналоговыми потребителями информации. В принципе ЦАП выполняют функцию восстановления аналогового сигнала из цифрового. Они широко используются для управления различного рода регуляторами, графопостроителями и другими устройствами непрерывного действия при помощи ЭВМ.
Принцип работы ЦАП заключается в следующем. Для формирования аналогового сигнала на выходе, однозначно соответствующего цифровому коду входного сигнала, аналоговые ключи аi подключают к выходу ЦАП необходимое количество источников опорных сигналов bi, величина которых пропорциональна весу соответствующего двоичного разряда (рис. ).
Рис. . Общая схема построения ЦАП
Наибольшее распространение в настоящее время получили микроэлектронные ЦАП. Их в общем случае можно разделить на преобразователи с прямым и промежуточным преобразованием.
Преобразователи с прямым преобразованием обычно параллельного типа. В состав простейшей схемы ЦАП обычно входят источники опорного напряжения, резистивные или активные делители напряжения, аналоговые ключи. В качестве делителей чаще всего применяются матрицы R – 2R, называемые также резистивными сетками или аттенюаторами. Суммирование токов, образованных подключением соответствующих источников, производится операционным усилителем (ОУ).
Учитывая, что входное сопротивление и коэффициент усиления ОУ очень велики, можно считать, что ток в его входной цепи практически не протекает, а все составляющие токов, протекающих через открытые ключи схемы, замыкаются на землю через резистор Ro.c, уравновешиваясь током Io.c, текущим в цепи обратной связи (о.с.). Поэтому напряжение на выходе ЦАП:
U(N) = Ro.c ∙ Io.c = Ro.c ∙ ai,
т.е. ОУ выполняет операцию суммирования токов, которые определяются значениями сопротивлений в тех разрядах ЦАП, где ai = 1.
Подключая несколько резисторов к суммирующему входу ОУ, на выходе можно получить напряжение, пропорциональное взвешенной сумме входных напряжений. Способ масштабирующих резисторов становится неудобным, если преобразованию подвергаются много разрядов. Декодирующая резистивная сетка R – 2R (рис. ) позволяет просто производить такое преобразование.
Рис. . Декодирующая резистивная сетка R – 2R для суммирования
напряжений
Действительно, в этом случае требуется только два значения резисторов, по которым декодирующая резистивная сетка R – 2R формирует токи с двоичным масштабированием. Таким образом, декодирующая сетка для суммирования напряжений является делителем из резисторов только двух номиналов R и 2R, включенных так, что съем разрядных напряжений с выхода схемы пропорционален весам двоичных разрядов. Подключение источника эталонного напряжения к декодирующей сетке осуществляется с помощью ключей К1 – Кn, которые управляются сигналами с параллельного регистра. Если, например, в регистр предварительно была записана кодовая комбинация 11…10, соответствующая переданной измеряемой величине, то при параллельном считывании этой комбинации ключи Кn, Kn-1 и К2 переключатся и подсоединят соответствующие резисторы к источнику эталонного напряжения. Ключ К1, на который подан сигнал 0 не переключится, оставив присоединенные к его выходу резисторы подключенными к «земле». В соответствии с законами электротехники можно определить, какие напряжения будут подаваться на ОУ, если замыкать тот или иной ключ. Так, при включении только старшего n-го разряда выходное напряжение декодирующей сетки:
Un = (1/2)Еэт,
а при включении разрядов n – 1 и n – 2:
Un - 1 = (1/4)Еэт, Un - 2 = (1/8)Еэт
Таким образом, выходные напряжения различных разрядов изменяются по двоичному закону и для любого k-го разряда можно записать:
Uвых. k = (1/2k)Еэт
Это уравнение справедливо, если считать, что работа происходит в режиме холостого хода, т.к. входное сопротивление ОУ очень велико. Счет номеров разрядов в ЦАП начинается со старшего, для которого К = 1. С учетом конечного значения нагрузки
Uвых. k =
Если включается несколько разрядов, то выходное напряжение определяется как сумма напряжений:
Uвых. =
Выходное сопротивление декодирующей сетки этого типа постоянно и не зависит от числа включенных разрядов.
Схемы ЦАП на основе резистивных декодирующих сеток R – 2R практичны, надежны, обладают высоким быстродействием и легко реализуются в интегральном исполнении. Не требуется широкого диапазона и чрезвычайной точности при их подгонке.