Главная Операционные усилители



будет равно 10000000. При этом СЗР имеет высокий потенциал, а остальные разряды - низкий. Выходное напряжение будет максимально только тогда, когда входное слово будет равно 11111111. При этом условии выходное напряжение равно -9,960 В, а не -10 В, как могло бы показаться с первого взгляда.

На рис. 14.2 в показана схема, которая похожа на униполярную, но включает цепь смещения уровня операционного усилителя для обеспечения биполярной работы. Показанные значения компонент опять выбраны с расчетом на работу с ТТЛ. Таблица на рис. 14.8, в определяет двоичные коды и связанные с ними уровни выхода. Заметим, что уровни выхода изменяются от -9,96 до +9,96 В. Заметим также, что здесь нет истинного нуля, а есть положительный нуль и отрицательный нуль. Причиной этого является то, что ЦАП имеет только 256 состояний, которые расположены симметрично относительно нуля, по 128 состояний для каждой полярности. В технике мало что дается задаром, и использование ЦАП в биполярной конфигурации в этом смысле не является исключением. По этой причине, имея только конечное число возможных состояний для представления полного диапазона напряжений, мы вдвое ухудшаем разрешение при удвоении диапазона. В униполярном случае диапазон 10 В представляется 256 состояниями (если исключить нуль, то будет 255 состояний), так что каждая ступенька равна 0,039 В. В биполярном случае мы имеем полный диапазон 20 В, так что разрешение равно 0,78 В. Единственный путь повышения разрешающей способности, если разрешение 39 или 78 мВ недостаточно, - увеличить число разрядов в процессе цифроаналогового преобразования. Однако это не всегда возможно, так как, кроме р-азрядности, существуют другие ограничения.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

Из многих опубликованных методов аналого-цифрового преобразования для нас представляет интерес лишь небольшое число. Мы рассмотрим метод преобразования напряжения в частоту, метод ннте) рирования с получением пилообразного или треугольного напряжения, метод последовательного счета и метод последовательных приближений. Остальные методы не столь эффективны или слишком неэкономичны, обладают избыточностью или не дают особых преимуществ. Полезно также прочитать раздел об устройствах преобразования кодов в гл. 12.

Прежде чем переходить к рассмотрению аналого-цифрового преобразования, стоит уточнить сначала, что мы подразумеваем под словами «аналоговый» и «цифровой».



Аналоговые сигналы и устройства

Слово «аналоговый» имеет несколько значений, обозначающих похожие вещи. Интересно отметить, что часто, когда не требуется особой строгости формулировок, эти значения используют одно вместо другого, что, вообще говоря, ошибочно. В наиболее узком смысле значение этого слова связано со словами «аналогичный», «сходный», но в повседневном, профессиональном жаргоне оно используется для обозначения любого напряжения или тока, изменяющегося как функция времени (рис. 14.3, а) с непрерывной областью определения (t) и непрерывной областью значений f(t). Таким образом, всякое напряжение (или ток), которое может принимать любые значения в пределах диапазона своего изменения и в любой точке на оси времени, обычно называется аналоговым сигналом.

Однако в более строгом смысле общее название для всех таких сигналов - это непрерывные сигналы. Аналоговые сигналы- это подмножество непрерывных сигналов, они представ- ляют некоторые физические величины или другие параметры (т. е. являются их аналогами). Большинство электронных научных приборов имеет на выходе напряжения или токи, являющиеся аналогами тех параметров, для измерения или обнаружения которых предназначены эти приборы.

Стенли [1], возможно, наилучшим образом классифицировал аналоговые и цифровые сигналы и описал различия между ними. В своей книге по обработке сигналов Стенли описывает квантование как процесс, в котором переменная может принимать только определенные отдельные дискретные значения.

Пример сигнала, дискретного по времени, показан на рис. 14.3,6. Здесь мы имеем тот тип сигнала, который представляет дискретные данные, т. е. переменная t может принимать только определенные значения, в то время как переменная f(t) может принимать любые значения в пределах диапазона своего изменения. Дискретный по времени сигнал может быть получен с помощью схемы выборки и запоминания (см. рис. 9.8 и 9.9), на вход которой для синхронизации подается последовательность прямоугольных импульсов с частотой повторения, равной числу отсчетов данных, требуемых в единицу времени. Таким образом, мы может назвать нашу синхронизированную схему выборки и запоминания преобразователем аналог - дискретные данные.

Многие называют дискретные данные «цифровыми» или «оцифрованными», однако в таком названии содержится ошибка, более серьезная, чем двусмысленность слова «аналоговый». На самом деле цифровой сигнал - это такой сигнал, в котором и и f(t) принимают только определенные дискретные значения. Этот сигнал воспринимается цифровой вычислительной машиной. На бумаге цифровой сигнал можно представить в



Время t

lOfi

In t, и h

Напряжение. В пост, тока

Двоичное представление

11001101

11000011

10111011

10110011

11010010

мсиянтпГirTrf "7" "е"Р«Р"вное время (с); дискретизированный .няХйГг " (дискретизированное время, непрерывная область значении) (б); иллюстрация сигнала, квантованного по амплитуде и времени (е).



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


0.1139