Файл: Клебанский Р.Б. Преобразователи кода в напряжение.pdf

1-2. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОДА В НАПРЯЖЕНИЕ СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

а) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА В НАПРЯЖЕНИЕ С ВЕСОВЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ

Преобразование двоичного кода в напряжение может быть осуществлено схемой, изображенной на рис. 1-7.

Рассмотрим принцип построения и работы схемы. Исходный код поступает на триггеры і-го регистра и в за­ висимости от цифры в данном разряде (0 или 1) рези­ сторы Ri подключаются соответствующими ключами

Увив:

Рис. 1-7. Схема ПКН со «взвешенными» сопротивлениями рези­ сторов.

(К) либо к источнику эталонного напряжения, либо к шине «земля» {Л. 7]. Сопротивления резисторов набира­ ются по двоичному закону (7?,=2n_,‘.ft).

Выходное сопротивление RBux схемы рис. 1-7 относи­ тельно земли (без учета влияния RB) при условии равен­ ства нулю внутреннего сопротивления эталонного источ­ ника £/эт является величиной постоянной, не зависящей

; = [

где п — число разрядов; gi — проводимости разрядов пре­ образователя.

Подставив значения gi и gn в (1-3), получим [Л. 17]:

в разряде кода (0 или 1); Ямакс(2п—-1) — максимальное значение двоичного кода.

Из уравнения (1-4) видно, что выходное результиру­ ющее напряжение пропорционально значению двоичного кода П.

С увеличением Rn увеличивается масштаб выходного напряжения.

При большом числе разрядов п преобразуемого кода рассмотренная на рис. 1-7 схема использует широкий диапазон номиналов разрядных сопротивлений, макси­ мальный перепад которых равен 2 " — 1, и характеризу­

ется отношением рассеиваемых мощностей в граничных разрядных сопротивлениях 2"— 1, При таком широком диапазоне рассеиваемых мощностей трудно выдержать строго двоичные соотношения между сопротивлениями, особенно при изменяющихся внешних условиях. Можно применять преобразование отдельных групп разрядов кода с последующим объединением их выходных напря­ жений через масштабное сопротивление. При таком

1 8

построении схемы, содержащей две группы разрядов, диапазон используемых разрядных сопротивлений умень­ шается вдвое по сравнению со схемой, показанной на рис. 1-7.

б| ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА В НАПРЯЖЕНИЕ, ПОСТРОЕННЫЙ ПО СТУПЕНЧАТОЙ СХЕМЕ R-1R

Преобразование двоичного кода в напряжение мето­ дом суммирования напряжений может осуществляться ступенчатой схемой. Схема изображена на рис. 1-8.

На входы ступенчатой схемы с переключателей на­ пряжения подаются потенциалы 0 или 1 в зависимости от кода соответствующего разряда. Преобразователь, изображенный на рис. 1-8, в отличие от преобразователя

с сопротивлениями резисторов, «взвешенными» по двоич­ ному закону, состоит из одинаковых резисторов R и 2R. В таком преобразователе также используется один источник эталонного напряжения. «Взвешивание» разряд­ ных напряжений осуществляется путем передачи напря­ жений с коэффициентами, пропорциональными отрица­ тельным степеням числа 2. При любом кодовом значе-

нии выходное сопротивление преобразователя остается неизменным, что позволяет применять шунты для изме­ нения) пределов выходного напряжения. Так как преоб­ разователь состоит из одинаковых разрядных элементов, то в каждом разрядном элементе нагрузкой эталонного источника является одно и то же сопротивление. Пока­ жем это на примере пятиразрядного преобразователя для первого и третьего разрядов, считая RB равным 2R.

На рис. 1-9,а приведена эквивалентная схема преоб­ разователя для случая, когда преобразуемый код содер­ жит 1 только в младшем разряде, на рис. 1-9,6 — для случая, когда 1 содержится только в третьем разряде преобразуемого кода.

Рис. 1-9. Эквивалентная схема ПКН при вклю

в — зависимость логарифма отношения токов, протекаю

ПКН со «взвешенными» сопротивлениями резисторов от текающего через переключатели, к минимальному току

средних

Из эквивалентных схем (рис. 1-9) видно постоянство разрядной нагрузки для эталонного источника 3R, а так­ же постоянство выходного сопротивления схемы, равно­ го a/s R.

20

г)

чении младшего (а) и третьего (б) -разрядов.

щнх через переключатели, к минимальному току / кл

разрядов.

Суммарное выходное напряжение, создаваемое раз­ рядами ПКН, согласно [Л. 1]:

21

или

где Я = ао2°+ аі21 + а2 2 2 + . . .+'a„_i2n_1—десятичный экви­

валент преобразуемого двоичного кода.

При проведении сравнительного анализа и оценки достоинств и недостатков различных схем ПКН удобно пользоваться обобщенными безразмерными характери­ стиками. Такими обобщенными характеристиками явля­ ются:

ц — отношение выходного напряжения на нагрузке ПКН к напряжению на выходе ПКН в режиме холосто­ го хода, или коэффициент передачи:

у — отношение тока /кл г, протекающего через пере­ ключатель любого разряда ПКН в зависимости от кода, к минимальному току, протекающему через переключа­ тели ПІ\Н:

Коэффициент передачи схемы со «взвешенными» со­ противлениями при включении всех разрядов

При уменьшении отношения R/Яя максимальная вели­ чина выходного напряжения стремится к значению напряжения £(ф і=1).

При одних и тех же значениях R/Rn коэффициент передачи эталонного напряжения выше у схемы( со «взвешенными» сопротивлениями.

В настоящее время для коммутации разрядных со­ противлений матрицы ПКН применяются, как правило, транзисторные переключатели, которые являются одними

22

Из основных элементов, определяющих точность, быстрбдействие и надежность ПКН; некоторые вопросы постро­ ения, переключателей будут рассмотрены ниже. В совре­ менных преобразователях переход от механических пере­ ключателей к транзисторным заставил проанализировать вопрос о режимах работы переключателей, используе­ мых в ПКН. Воспользуемся обобщенной характеристи­ кой у, на основании которой следует подходить к выбору транзисторных переключателей для той или иной схемы ПКН.

Величина / кл і случайна; средние значения токов определяются распределением вероятностей кодов на входе ПКН. Однако при выборе ключей и их расчете представляет интерес характер изменения токов, про­ текающих через транзисторные переключатели ПКН.

Ток і-го разряда ПКН со «взвешенными» сопротив­ лениями определяется выражением

разрядов должны быть рассчитаны на разные токи пере­ ключения, причем отношение максимального тока к ми­ нимальному в разрядах ПКН составляет / кл макс/Дл м*п=

= 1666.

Для ступенчатой схемы (R-2R) ПКН ток любого разряда {Л. 72]

шего и пятого разрядов. Как видно из графика, токи, протекающие через отдельно включенные разряды, рав­ ны. Наименьшее изменение тока / кл через переключа­ тель происходит в старшем и младшем разрядах, а наи­ большее— в двух средних разрядах при четном числе разрядов и в одном среднем при нечетном числе разря­ дов.

23

Отношение максимального тока к минимальному составляет:

_Л;л.ма,1с := 2 173.

схемой с «взвешенными» сопротивлениями. Кроме того, следует отметить относительное единообразие условий работы ключей в схеме R-2R.

1-3. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ТОКОВ

а) ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА МАТРИЦЕ СО ..ВЗВЕШЕННЫМИ» СОПРОТИВЛЕНИЯМИ РЕЗИСТОРОВ

На рис. 1-10 изображена схема преобразования дво­ ичного кода в напряжение по методу суммирования

токов.

При записи 1 в триггере регистра ключ замкнут, при записи 0 — ключ разомкнут. Сопротивления рези­ сторов Ri «взвешены» по двоичному закону. Выходное сопротивление схемы (без учета влияния Ru)

Rßux~2n~lR.

Рис. 1-10. Схема ПКН с суммированием токов на резисторах с «взвешенными» сопротивлениями.

24

Эквивалентные схемы при включении только одного младшего разряда 2° и только страшего разряда имеют вид, показанный на рис. 1-11,а, б.

Ток через резистр нагрузки Ди, вызванный включени­ ем разряда 2г,

2n ~ 'R + Rs ’

где I — ток стабилизатора.

Напряжение на выходе схемы при включении разря­ да 2*

2

Ѵ і = т

Напряжение на выходе схемы при любой комбинации разрядов преобразуемого кода

б| ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА В НАПРЯЖЕНИЕ, ПОСТРОЕННЫЙ ПО СТУПЕНЧАТОЙ СХЕМЕ R-1R, СО СТАБИЛИЗАТОРАМИ ТОКА

На рис. 1-12 изображена ступенчатая схема преобра­ зования двоичного кода в напряжение. Схема преобра­ зователя строится так, что нагрузка для всех источников тока одинакова, что также обеспечивает повышение

25