Главная Операционные усилители



R-2R. Активный элемент У1 представляет собой операционный усилитель с усилением, равным единице, в режиме инвертирующего повторителя. В качестве операционного усилителя можно использовать недорогое устройство из семейства 741, однако оно не очень подходит для прецизионных ЦАП. В этом случае успех может принести применение высококлассных операционных усилителей. В случаях когда одновременно требуются и высокие характеристики, и низкая стоимость, автор предпочитает устройства серий СА3160 или СА3140 фирмы RCA.

На рис. 14.1 в качестве цифровых входов показаны переключатели, однако в реальном преобразователе переключатели будут заменены на двоичный счетчик, устройство ввода/вывода вычислительной машины либо на какую-либо другую «-разрядную шину параллельных данных.

Для точного преобразования требуется прецизионное эталонное напряжение, величина которого в большинстве случаев составляет около +10,000 В постоянного тока. Точность преобразователя зависит от точности эталонного напряжения. Точнее говоря, существуют и другие источники ошибок преобразователя, однако если недостаточно точен эталон, то вряд ли стоит надеяться на то, что для улучшения характеристик схемы какие-то другие факторы будут эффективными. Хотя в качестве эталона может служить почти любой точный стабилизатор напряжения, проще всего использовать устройство типа REF-0,1CJ фирмы Precision Monolithics, Inc. (PMI) или устройство REF-OIHJ. Эти ИС специально разработаны для такого рода применений и легко настраиваются на эталонный потенциал (см. рис. 19.2).

Возвращаясь к рис. 14.1, рассмотрим работу схемы в случае, когда некоторые разряды имеют высокий уровень, а другие - низкий. Если все разряды имеют низкий уровень, то выходное напряжение равно нулю. Значение выходного напряжения определяется произведением IxR, и, когда все разряды имеют низкий уровень, ток / равен нулю. На практике, однако, в этом случае на выходе может быть некоторое напряжение из-за смещений в операционном усилителе, о чем говорилось в одной из предыдущих глав. Эти смещения .можно свести к нулю при принудительной установке всех разрядов в ноль.

Если старший значащий разряд (СЗР) равен 1, выходное напряжение приблительно равно /2 -Бэт- Аналогично если включен (установлен в 1) только разряд, предшествующий старшему значащему разряду, то выходное напряжение равно Аэт. Вклад младшего значащего разряда (МЗР) в выходное напряжение равен 2~"£эт.

Предположим, что у нас имеется восьмиразрядный ЦАП такого типа, как показан на рис. 14.1. Входное слово имеет вид 11001011, а эталонное напряжение точно равно +10,000 В. Чему равно выходное напряжение?



Полное выходное напряжение ЦАП есть сумма вкладов всех индивидуальных разрядов, или

2 S, {EJ2).

Поэтому в нашем случае

21 I 21 I " I " Г 25 II 2 I 28 ~"

Ю , J0 I 10 , 10 , 10

- 2 + 4 ~Г 32 + 128 "Г" 256 ~

= 5+2,5+0,3125 + 0,0781+0,039 = 7,93 В.

Ряд фирм - изготовителей поупроводниковой техники предлагает потребителям недорогие восьмиразрядные ЦАП на ИС, которые содержат почти все электронные элементы, за исключением, возможно, источника эталонного напряжения и схем выравнивания смещения операционного усилителя. Все эти элементы собраны в одном корпусе с двухрядным расположением выводов. Я использовал устройства разных фирм: Datel, Analog Devices, Precision Monolithics и др., но для иллюстраций в настоящей книге выбрал устройства фирмы РМ1.

На рис. 14.2, а показана основная схема использования ЦАП-08. Интегральная схема содержит электронные переключатели, токовый выход, матрицу сопротивлений и усилители эталонного напряжения. Токовый выход является дополнительным, так что

наряду с выводом /вых имеется вывод /вых-

Для работы такого ЦАП требуется два типа входных сигналов. Один из них - эталонный ток /эт, протекающий через контакт 14. Этот ток может вырабатывать цепь, состоящая из источника прецизионного эталонного напряжения, такого, как REF-01, и прецизионного резистора с низким температурным коэффициентом сопротивления. При сопряжении со схемами ТТЛ и эталонным напряжением 10,000 В сопротивление резистора должно быть в точности равно 5000 Ом.

Другой тип входного сигнала - восьмиразрядное двоичное слово, которое поступает на контакты 5-12 ИС. Разряд 1 (СЗР) поступает на контакт 5, следующий разряд - на контакт б и т. д. до контакта 12, который соответствует младшему значащему разряду, разряду 8. Требуемые логические уровни - это обычные уровни ТТЛ, а именно потенциал земли для логического нуля и +5 В для логической единицы.

На рис. 14.2,6 показана схема соединений ЦАП-08 для обеспечения униполярной работы в диапазоне от О до примерно 10 В. Когда входное слово равно 00000000, выход находится в нулевом состоянии (0,00 В). Напряжение -5 В, равное половине максимального, будет выдано тогда, когда входное слово



Ке(-) <?

0,1 мпФ

К:с(*> О

~ ШмпФ

Выход

Выход г"-

СЗРЬ Ь о о о о Q о, - г Входное цифровое слово (B,-Bg)

Для совмести- з"

мости с ТТЛ- R,-Rm=5000 Ом

Еэт = 10 В пост, топя

ПАП-08

5 нОм

5 вОм

-Egtix

Условие

Двоичный под

Максимум 1 и 111 11 Половина шкалы 10000000 Нуль

Прецизионный

-9,950 -5,00 а ОООО


Условие

так (+] (-!] нуль (-) нуль такН

Двоичный код

11111111 10000000 01111111 00000000

Ееык,В

-9,92 + 0,04 -0,04 -9,92

Рис. 14.2. Принципиальная схема, использующая ЦАП-8 фирмы PMI (о)- vhh-лолярный вход напряжения, остальные связи ЦАП-08 см. на рис. о (б)- биполярный выход напряжения (в).



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 [76] 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0114