- •Автоматизация измерений, контроля и испытаний
- •Введение. Основные определения и термины
- •1. Принципы построения измерительных систем
- •1.1. Ввод аналоговых сигналов в измерительных системах
- •1.1.1. Датчики измерительных систем и устройства согласования
- •1.1.2. Измерительные коммутаторы
- •1.1.3. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •1.2. Оценка системных параметров многоканальных измерительных систем
- •1.3. Каналы передачи данных (интерфейс)
- •1.4. Устройства и системы ввода/вывода фирмы National Instruments
- •1.4.1. Системы согласования сигналов scxi и scc
- •1.4.2. Многофункциональные платы и устройства для сбора данных
- •1.4.3. Модульные измерительные системы стандарта pxi
- •1.4.4. Система распределенного ввода/вывода и промышленного управления FieldPoint
- •1.4.5. Реконфигурируемая контрольно-измерительная система CompactRio
- •1.5. Система дистанционного измерения и сбора измерительно-диагностической информации
- •1.5.1. Общая структура системы
- •1.5.2. Измерительная часть автоматизированной системы дистанционных измерений
- •1.5.3. Алгоритмы работы автоматизированной системы дистанционных измерений
- •1.5.4. Разработка схем подключения средств измерения
- •2. Сигналы и методы их исследования
- •2.1. Общие характеристики электрических сигналов
- •2.2. Методы исследования прохождения сигналов
- •2.3. Динамические модели преобразователей сигналов
- •2.4. Механические, тепловые и электрические аналогии
- •2.4.1. Механические элементы
- •2.4.2. Тепловые элементы
- •2.4.3. Электрические элементы
- •2.5. Фильтры
- •2.5.1. Фильтры нижних частот
- •2.5.2. Фильтры верхних частот
- •2.5.3. Полосовые фильтры
- •2.5.4. Полосно-подавляющие фильтры
- •3. Аналоговая обработка сигналов
- •3.1. Операционные усилители. Основные свойства
- •3.2. Параметры и характеристики оу
- •3.3. Обратная связь в усилителях
- •3.4. Влияние ос на параметры усилителей
- •3.5. Применение операционных усилителей
- •3.5.1. Инвертирующий усилитель
- •3.5.2. Неинвертирующий усилитель
- •3.5.3. Суммирующий усилитель
- •3.5.4. Дифференциальный усилитель
- •3.5.5. Измерительный усилитель
- •3.5.6. Интеграторы
- •3.5.7. Дифференциаторы
- •3.5.8. Нелинейные преобразователи на оу
- •3.6. Активные фильтры
- •4. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи
- •4.1. Электронные ключи и коммутаторы
- •4.2. Цифро-аналоговые преобразователи
- •4.2.1. Общие положения
- •4.2.2. Цап с суммированием токов
- •4.2.3. Цап с внутренними источниками тока
- •4.2.4. Сегментированные цап
- •4.4.5. Цифровые потенциометры
- •4.2.6. Цап прямого цифрового синтеза
- •4.2.7. Параметры цап
- •4.3. Аналого-цифровые преобразователи
- •4.3.1. Общие положения
- •4.3.3. Ацп последовательного приближения
- •4.3.4. Последовательно-параллельные ацп конвейерного типа
- •4.3.5. Сигма-дельта ацп
- •5. Цифровая обработка сигналов
- •5.1. Общая характеристика цифровых сигналов и цифровых микросхем
- •5.2. Основы алгебры логики
- •5.3. Логические элементы
- •5.3.1. Типы логических элементов
- •5.3.2. Параметры логических элементов
- •5.4. Построение комбинационной логической схемы по заданной функции. Минимизация логических функций
- •5.5. Типы выходных каскадов цифровых элементов
- •5.6. Сложные логические элементы
- •6. Функциональные устройства на цифровых микросхемах
- •6.1. Системы счисления
- •6.2. Дешифраторы и шифраторы
- •6.3. Мультиплексоры и демультиплексоры
- •6.4. Компараторы кодов
- •6.5. Сумматоры
- •6.6. Триггеры
- •6.7. Регистры
- •6.8. Счетчики импульсов
- •6.9. Автоматизированные измерительные системы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
4.2.2. Цап с суммированием токов
ЦАП с суммированием весовых токов. Существует несколько схем, являющихся базой для построения многих разновидностей ЦАП соответствующего класса. Для формирования соответствующих уровней выходного напряжения (или тока) к выходу ЦАП подключается необходимое количество опорных сигналов тока или напряжения, либо устанавливают соответствующее дискретное значение коэффициента деления. Большинство схем параллельных АЦП основано на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда, причем должны суммироваться токи только тех разрядов, значения которых равны 1. Простейшая схема, реализующая этот принцип, представлена на рис. 4.13, а. Ключи, как правило, выполняются на МОП-транзисторах.
Рис.
4.13. Упрощенная схема ЦАП с суммированием
весовых токов (а),
ее реализация на ОУ (б)
В схеме все токи формируются с помощью резисторов в соответствии с законом Ома. Сопротивления выбраны так, чтобы при замыкании ключа через резистор протекал ток, соответствующий весу разряда. Легко показать, что суммарный ток Iвых определяется входным кодом и положением ключей.
Для схемы 4.13, б, получившей название ЦАП с матрицей взвешенных резисторов или взвешенная схема, выходное напряжение определяется сопротивлением в цепи обратной связи RОС и суммарным входным сопротивлением RΣ, определяемым положением ключей S0—S3:
(4.1)
Токи ключей суммируются на инвертирующем входе ОУ, причем токи различных ключей имеет разный «вес».
(4.2)
где Si (i=0, 1, 2, 3) принимает значение 1, если соответствующий ключ замкнут, и 0, если ключ разомкнут.
При высокой разрядности ЦАП токозадающие резисторы должны быть согласованы с высокой точностью, наиболее жесткие требования предъявляются к резисторам старших разрядов. Это требование делает фактически нереализуемыми по указанному принципу ЦАП с разрядностью выше 12. Кроме этого, схема имеет еще недостатки: при различных кодах ток, потребляемый от ИОН, различный, что может повлиять на величину напряжения ИОН; в схеме к разомкнутым ключам прикладывается значительное напряжение, что усложняет их построение.
ЦАП на резистивной матрице R-2R. Указанные недостатки отсутствуют в схеме на матрице R-2R, представленной на рис. 4.14, а. Здесь используются так называемые перекидные ключи, подсоединяющие нижние выводы сопротивлений 2R к общему проводу в любом положении.
В схеме весовые коэффициенты преобразователя задают с помощью последовательного деления опорного напряжения с помощью резистивной матрицы постоянного импеданса (так называемой матрицы R-2R). Каждый последующий каскад делит входное напряжение на два. В этом легко можно убедиться, проанализировав принцип построения ступени резистивной матрицы. Каждый последующий каскад нагружен на сопротивление 2R, которое соединено параллельно с выходным сопротивлением каскада, равным также 2R. Параллельное соединение сопротивлений 2R равно R. Таким образом, получается, что последовательно включены два сопротивления величиной R, которые дают уменьшение сигнала в два раза.
а)
б)
Рис.
4.14. Упрощенная схема ЦАП на резистивной
матрице R-2R
(а)
и фрагмент схемы, поясняющий принцип
деления напряжения (б)
Поскольку нижние выводы резисторов 2R матрицы при любом состоянии ключей соединены с общей шиной через низкое сопротивление замкнутых ключей, напряжения на ключах остаются небольшими. Это упрощает построение ключей и схем управления ими и позволяет использовать широкий диапазон опорных напряжений, в том числе и различной полярности. Преобразователи такого типа можно использовать для умножения аналогового сигнала, подаваемого на вход опорного напряжения, на цифровой код. Такие ЦАП получили название перемножающих.
ЦАП на основе матрицы R-2R представлен на рис. 4.15. Преобразователь тока в напряжение выполнен на базе ОУ. Так как ОУ включен по схеме с ООС, а резистивная матрица подключена к инвертирующему входу ОУ, то в точке подключения будет виртуальный ноль. Следовательно, при любом положении ключей нижние выводы резисторов 2R будут подключены практически к общему проводу,
Рис.
4.15. ЦАП на резистивной матрице R-2R
с использованием ОУ
(4.3)
Поданной схеме построен интегральный ЦАП 572ПА1 (зарубежный аналог — АО7520), являющийся по существу схемой, на основе которой построены многие современные серийные модели ЦАП.
К недостаткам схемы можно отнести то, что весовые токи формируются резисторами небольшого сопротивления и зависят от сопротивлений ключей и нагрузки.