Построение ЦАП лестничного типа с использованием триггеров.

1.Цель работы: изучение структуры ЦАП с резистивной матрицей R-2R (лестничного типа), освоение принципов построения таких ЦАП с применением триггеров.

2.Теоретическое введение:

Рис.1. Структурная схема  ЦАП лестничного типа

Триггеры 1…n образуют регистр, в который помещаются двоичные числа, предназначенные для перевода в пропорциональные им значения напряжения на выходе. Будем считать, что напряжение каждого из триггеров может принимать одно из двух возможных значений: 5В при состоянии 1(так как в программе EWB логическому состоянию триггеров равной 1 соответствует напряжение в 5В) и 0В при состоянии 0.

Напряжения с выходов триггеров передаются на ЦАП через резистивную матрицу R-2R и операционный усилитель (ОУ), работающий в режиме  суммирования напряжений (аналогового сумматора).

    Рассмотрим работу такого ЦАП.  На рис.2 представлена схема ЦАП лестничного типа на 4разряда. При построении ЦАП используются D-триггеры, причем их количество соответствует разрядности ЦАП. В схеме используются резисторы только двух номиналов.  Сопротивление каждого из сопротивлений R₁…R₄ равно 5 кОм, а резисторов R₅,R₆ и R₀-10 кОм. R₀-сопротивление обратной связи. Примем напряжение питания равным 10В.

Рис.2.Схема ЦАП лестничного типа на 4 разряда.

             Если на триггерах построить двоичный счетчик и подавать тактовые импульсы на объединенный стробирующий вход, то с приходом каждого очередного импульса число в счетчике будет увеличиваться на единицу, и напряжение на выходе ЦАП будет возрастать на ступеньку Δ, соответствующую единице младшего разряда счетчика:

Δ =U_оп ·R0·2^–n /R                                  (1)

  R - сопротивление резистора матрицы  R-2R (для схемы рис.2. R=10кОм);

  n - разрядность ЦАП.

             Для нашего случая переход к каждой последующей двоичной последовательности на входах триггеров приводит к увеличению аналогового выходного сигнала на 0.25В:

Δ =10 ·4000 ·2 ^–4 /10000=0.25В

  Выходное напряжение ЦАП определяется по формуле при подаче на  входы всех триггеров логической единицы:

           (2)

R-сопротивление резистора матрицы  R-2R;

R₀-сопротивление обратной связи;

n-разрядность ЦАП.

             Полученные при вычислении значения показывают, что в рассматриваемом ЦАП максимальное значение выходного напряжения всегда меньше опорного напряжения на некоторую величину. Это хорошо видно на осциллограмме  сигналов (рис.3). Максимальное напряжение на выходе ЦАП по модулю VB2=3,72 В, минимальное Δ =VB1=0.25 В. Эта разница между опорным напряжением и максимальным выходным напряжением объясняется тем, что в последнем звене матрицы R-2R составляющая тока проходящая через R₄ всегда, минуя вход ОУ, замыкается на общую шину устройства.

Рис.3. Осциллограммы сигналов опорного напряжения (канал А) и на выходе ЦАП (канал В).

 Рис.11.4. Установка генератора слов для работы счетчика в схеме ЦАП.

СКАЧАТЬ workbench: cap.zip [10,31 Kb] (cкачиваний: 82)