Цифроаналоговые преобразователи

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) обеспечивают прием от цифрового устройства двоичного кода и преобразование его в напряжение постоянного тока, пропорциональное этому коду, для последующей передачи его аналоговым устройствам.

На рис. 2.22 пояснен принцип цифроаналогового преобразования с помощью суммирующего операционного усилителя (ОУ). Вследствие большого входного сопротивления входной ток ОУ пренебрежимо мал, поэтому сумма токов ΣI_i, притекающих к точке А, равна току I_ос, вытекающему из этой точки. Разность потенциалов между инвертирующим и неинвертирующим входами вследствие большого коэффициента усиления собственно ОУ (при условии, что он находится на линейном участке характеристики) также пренебрежимо мала, поэтому потенциал точки А оказывается близким к нулевому потенциалу корпуса. С учетом этих допущений выходное напряжение (см. рис. 2.15, а) равно

U_вых= ΣI_iR_oc.

Предположим, что с помощью ключей Кл_i к точке А могут быть поданы токи, значения которых пропорциональны весу разрядов двоичного кода (если младшему разряду соответствует ток I, то ток каждого следующего разряда в 2 раза больше, т. е. 2I, 4I, 8I и т.д. до 2^n–1I для старшего разряда n). Если при значении і-го разряда, равном 1, ключ Кл_i замкнут, а при 0 — разомкнут, то сумма токов ΣI_i,а значит, и U_вых окажутся пропорциональны значению n-разрядного двоичного числа, код которого управляет ключами.

исправить 4^n-1 на 2^n-1 (левый нижний угол рис.)

Рис. 2.22. К принципу работы ЦАП на основе операционного усилителя

Рис. 2.23. Матрица R—2R (a), схема коммутации токов (б)

Для создания токов, пропорциональных весу двоичных разрядов, используется так называемая матрица R—2R (рис. 2.23, а), которую подключают к источнику стабильного напряжения U_оп. Нетрудно убедиться, что для каждого узла матрицы сопротивление всей цепи, расположенной правее узла, всегда равно 2R. Поэтому ток, втекающий в узел, разделяется поровну между резистором 2R (вниз) и параллельной ему цепью (вправо). В следующем узле опять происходит деление втекающего тока пополам, но поскольку он в два раза меньше, чем ток, втекающий в предыдущий узел, то и через резистор 2R будет течь в два раза меньший ток. Таким образом, токи, текущие через резисторы 2R, будут пропорциональны весу двоичных разрядов а_i. Для коммутации токов используется схема, изображенная на рис. 2.23, б. Роль ключей выполняет пара полевых транзисторов, при этом VT1 направляет ток в точку А операционного усилителя, а VT2 — на корпус. На затвор VT1 поступает непосредственно напряжение двоичного разряда а_i, а на затвор VT2 — напряжение с инвертора. Если соответствующий разряд двоичного кода а_i равен единице, то транзистор VT1 открывается, а VT2 закрывается. При этом ток соответствующего двоичного разряда будет принимать участие в формировании выходного напряжения. Если же а_i = 0, то закрытым будет транзистор VT1, а открытым — VT2, и соответствующий ток замыкается на корпус.