11.1. ЦАП с весовыми резисторами

Цифро-аналоговые преобразователи используются для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал, например, для управления в автоматических системах исполнительными органами (электродвигателями, соленоидами и т.п.).

Наиболее простой ЦАП с весовыми резисторами (рис. 11.1) состоит из двух блоков. Резистивная схема (матрица) выполнена на резисторах R1...R4. Суммирующий усилитель включает в себя OU и резистор обратной связи Ко. Опорное напряжение Uon (3 В) подключается к резисторам матрицы переключателями D, С, В и А, управляемым одноименными клавишами клавиатуры и имитирующими преобразуемый код. Выходное напряжение Uo измеряется мультиметром.

Если все переключатели замкнуты на "землю", как показано на рис. 11.1, то напряжение на входе и выходе ОУ равно О В. Предположим теперь, что переключатель А установлен в положение, соответствующее логической 1. Тогда на вход ОУ через резистор R1 подается напряжение 3 В. Рассчитаем в этом случае коэффициент усиления напряжения по формуле: K=Ro/Rl=10000/150000=0,066. Отсюда получаем, что выходное напряжение Uo=0,066-3=0,2 В соответствует двоичной комбинация 0001 на входе ЦАП.

Подадим теперь на входы ЦАП двоичную комбинацию 0010. Для этого установим переключатель В в положение, соответствующее логической единице, тем самым подадим на ОУ через резистор R2 напряжение 3 В. Для коэффициента усиления в данном случае получаем K=Ro/R2=10000/75000=0,133. Умножив этот коэффициент усиления на величину входного напряжения, найдем, что выходное напряжение равно 0,4 В.

Таким образом, при переходе к каждому очередному двоичному числу, имитируемому ключами, выходное напряжение ЦАП увеличивается на 0,2 В. Это обеспечивается за счет увеличения коэффициента усиления напряжения ОУ при подключении различных по сопротивлению резисторов. Если бы в схеме на рис. 11.1 мы подключили только один резистор R4 (с помощью переключателя D), то тем самым установили бы коэффициент усиления К=10000/18700=0,535. При этом выходное напряжение ОУ составит около 1,6 В.

Если все переключатели в схеме на рис. 11.1 установлены в положения, соответствующие логическим единицам, выходное напряжение ОУ равно Uon=3 В, поскольку коэффициент передачи в этом случае становится равным 1.

Схема цифро-аналогового преобразователя на рис. 11.1 имеет два недостатка:

во-первых, в ней сопротивления резисторов изменяются в широких пределах, во-вторых, точность преобразования невысока из-за влияния конечного сопротивления транзисторных ключей в открытом и закрытом состояниях.

Контрольные вопросы и задания

1. По какому закону выбираются сопротивления в ЦАП с весовыми резисторами?

2. Рассчитайте коэффициент усиления напряжения ОУ и выходное напряжение ЦАП в схеме на рис. 11.1 для случая, когда в положение, соответствующее логической единице, установлен только переключатель С. Результаты расчета проверьте на модели.

3. Получите выражение для расчета выходного напряжения ЦАП в общем виде и проверьте его на модели.

4. Замените переключатели А, В, С, D программными переключателями (реле времени), имитирующими последовательное во времени с интервалом 5 с появление кодовых комбинаций 0001, ООН, 0111 и 1111.