2.      ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРО-АНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Цель работы: ознакомиться с принципом действия цифро-анало­гового преобразователя (ЦАП); снять его характеристики; ознако­миться с применением ЦАП для получения линейно изменяющегося напряжения.

Оборудование рабочего места:

1) лабораторный стенд с принципиальной схемой на лицевой панели. Там же находятся выключатель питания и клавиатура, с ко­торой задается входной код ЦАП, задается режим работы и произво­дится сброс всех разрядов в нулевое состояние;

2) вольтметр постоянного тока;

3) электронно-лучевой осциллограф.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Цифро-аналоговые преобразователи используются для связи цифровых устройств с объектами, управляемыми непрерывными сигналами. Цифро-аналоговое преобразо­вание обеспечивает соответствие между входным числовым значением двоичного кода N_i и его аналоговым эквивалентом X(t_i). Коли­чественно такая связь для любого момента времени t_i определяется соотношением:

Х(t_i) = N_iΔХ ± δХ_i,

где ΔХ – шаг квантования по уровню, соответствующий ана­логовому эквиваленту единицы младшего разряда входного кода; δХ_i – погрешность преобразования.

Выходной величиной ЦАП чаще всего является напряжение или ток. К основным параметрам ЦАП  относятся:

· число разрядов N входного кода, определяющее разре­шающую способность ЦАП. На выходе цифро-аналогового преобразователя N разрядов создают 2^N возможных комбинаций аналоговых уровней;

· напряжение шкалы ЦАП (U_ШК) – максимальное выходное на­пряжение, когда во всех разрядах входного кода единицы. Единица в одном старшем значащем разряде (СЗР) создает на выходе ЦАП напряжение U_ШК / 2 , а в младшем значащем разряде (МЗР) – U_ШК / (2^N1).

· время установления (t_УСТ) – интервал времени от подачи входного кода до вхождения выходного сигнала в пределы заранее заданного отклонения от установившегося значения;

· нелинейность (S_Л) – максимальное отклонение нарастающего выходного сигнала  от прямой линии, соединяющей точки нуля и максимального значения выходного сигнала;

· абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы (S_ПШ) – отклонение выходного сигнала от расчетного в конеч­ной точке шкалы характеристики преобразования;

· динамический диапазон, определяемый как отношение макси­мального значения выходной величины преобразования к минимальному:

ΔD = U_MAX – U_MIN;

· шаг (период) квантования (Δt) – интервал времени между двумя последовательными преобразованиями.

Значение, обратное периоду квантования, назы­вается частотой квантования:

1/Δt = f_KB.

Цифро-аналоговые преобразователи изготавливают, в основном, в интегральном исполнении, и в настоящее время имеются микросхемы как с выходом по току, так и с выходом по напряжению.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Снять зависимость выходного напряжения от цифрового кода на входе:

U_ВЫХ.i = f (N_i).

Для этого установить режим ручной ус­тановки кода нажатием клавиши «–».

Подавая различные кодовые комбинации на входе ЦАП нажатием кнопок клавиатуры, измерить выходные напряжения и занести ре­зультаты в таблицу. Если в разряде кода установлена единица, то светится соответствующий светодиод. Значения кода необходимо изменять от минимального к максимальному так, чтобы в каждом из разрядов был как ноль, так и единица (не менее 15 значений).

2. Нажатием клавиши «→»  перевести схему в режим генерации линейно изменяющегося напряжения. В этом случае входы ЦАП управляются суммирующим счетчиком, считывающим последователь­ность импульсов с генератора. Зарисовать осциллограммы выходного напряжения в режимах восьми- и четырехразрядного преобра­зования (устанавливается кнопкой «8/4»).

3. Построить график зависимости δХ_i = f(N_i).

4. Вычислить нелинейность S_Л, динамический диапазон ΔD, при этом  δХ  взять среднее значение.

1. Вычислить период линейно-изменяющегося напряжения, частоту переключающих импульсов счетчика, высоту ступеньки напряжения в вольтах, амплитуду линейно изменяющегося напряжения для двух режимов генерации.

2. Нарисовать функциональную схему генератора линейно изме­няющегося напряжения. p>

3. Оформить отчет.

Содержание отчета:

1) цель работы;

2) таблица значений и график зависимости U_ВЫХ.i = f (N_i);

3) график зависимости δХ_i = f(N_i);

4) осциллограммы напряжения на выходе при генерации линейно изменяющегося напряжения;

5) выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каково назначение цифро-аналоговых преобразователей?

2. Назовите основные параметры ЦАП.

3. Нарисуйте схему и поясните принцип работы ЦАП с весовыми двоично-взвешенными сопротивлениями.

4. Нарисуйте схему и поясните принцип работы, ЦАП с резистивной матрицей R – 2R.

5. Поясните назначение ОУ в схеме ЦАП.

6. Нарисуйте схему и поясните принцип работы ЦАП с фор­мированием биполярного сигнала.