Основные виды цифро-аналоговых преобразователей

Наиболее простыми и распространенными вариантами преобразования в ЦАП являются классические схемы с использованием резистивной матрицы с весовыми резисторами и схемы на основе резистивной матрицы в виде резистивной сетки. Кратко рассмотрим эти два варианта ЦАП.

ЦАП с весовыми резисторами. Принцип преобразования представлен на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Принцип преобразования в ЦАП с весовыми резисторами

Здесь каждому разряду соответствует свой разрядный ток 1₁₅ /₂, ..., 1_п, задаваемый с помощью матрицы из резисторов, сопротивления которых удваиваются при переходе от старшего разряда к младшему.

Основной недостаток — широкий набор резисторов К, и высокие требования к их точности (указаны в процентах), особенно при большом числе разрядов входного кода. На выходе этой схемы напряжение изменяется от нуля до минус 10 В, причем его максимальное значение соответствует входному числу 64.

Вариант реализации схемы ЦАП с весовыми резисторами представлен на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Схема реализации ЦАП с весовыми резисторами

На самом деле максимальное число на входе всегда равно (2^П - 1), т. е. всему множеству битов без единицы. При этом 17_вых=-(10 • 63 / 64). Выбором резистора цепи ОС (например, 49,9 кОм), можно добиться того, чтобы П_вых= О...-6,3 В, т. е. П_вых = 1 эквивалентно 1/10 входного кода. Можно получить также напряжение и положительной полярности, если добавить инвертирующий усилитель.

ЦАП с матрицей в виде резистивной сетки. Принцип работы представлен на рис. 8.4, а схема реализации — на рис. 8.5.

Рис. 8.4. К принципу преобразования в ЦАП с резистивной сеткой

Рис. 8.5. Схема реализации ЦАП с матрицей в виде резистивной сетки

Этот вариант использует резисторы только двух номиналов: И и Ж Эту схему можно использовать для преобразования двоично-десятичного кода. При переходе от старшего значащего разряда (СЗР) к младшему (МЗР) ток изменяется в два раза, а электронные ключи должны быть на биполярных транзисторах с высоким быстродействием. Ключи среднего качества могут ваыполняться на ПТ типа КМДП (кремний «металл — диэлектрик — полупроводник») с минимальным потреблением энергии.

В этой схеме и_вых = 0...+10 В, при этом +10 В соответствует входному числу 16, т. е. для максимального входного кода 15 П_вых = - 10 • 15 / 16. Выходной усилитель здесь, как правило, выполнен на ОУ, который суммирует разрядные токи, т. е. 1/_{вых оу} = 1_Х • Я_ос = = (Я_0С/2К) • и_оп • 2^1 ? 2-^[1] = (^_0С/2Я) • П_оп • ЛГ, где N — входной код.

Подробное рассмотрение современных типов ЦАП в курсе не приводится, так как оно не предусмотрено рабочей программой дисциплины¹.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Дайте определение цифро-аналоговому преобразователю. Где он применяется?
• 2. Перечислите основные параметры цифро-аналогового преобразователя.
• 3. Изобразите упрощенную структурную схему цифро-аналогового преобразователя.
• 4. В чем состоит сущность преобразования цифро-аналогового преобразователя?
• 5. Что в своей структуре обычно содержит цифро-аналоговый преобразователь?
• 6. В чем сосстоит сущность преобразования в схеме цифро-аналогового преобразователя с весовыми резисторами и каков ее основной недостаток?
• 7. В чем состоит сущность преобразования в цифро-аналогового преобразователя с матрицей в виде резистивной сетки и где в основном целесообразно использовать эту схему?

• [1] Подробное рассмотрение ЦАП предусмотрено во второй части курса «Промышленная электроника в электроэнергетике». Описания современных типов ЦАП можно найти в специальной литературе, например, в книге: Рабаи Ж. М., Чандра-касанА., Николич Б. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования (Digital Integrated Circuits). 2-е изд. М. : Вильямс, 2007.