Организация выхода по напряжению для ЦАП с токовым выходом

ЦАП с суммированием напряжений

Здесь в качестве эталона для суммирования принимается напряжение. Величина эталона напряжения зависит от позиции разряда входного сигнала h. Чаще всего в интегральных ЦАП такого класса используется один источник опорного напряжения, а вестовые эталоны определяются путем деления ИОН с помощью резистивной матрица типа R-2R.

Схема ЦАП данного вида показана на рис. 6.17. Схема идентична рис. 6.15 за исключением использования на выходе неинвертирующего усилителя (вернее усилителя-повторителя), реагирующего на изменение входного потенциала, так как неинвертирующий вход имеет очень большое R_вх в отличие от инвертирующего, охваченного отрицательной обратной связью. Кроме того, масштаб выходного напряжения можно менять в сторону уменьшения, подключая резистор R_н между выходом схемы и «землей» (на рис. 6.17 он показан пунктиром).

Рис. 6.17. ЦАП на основе резистивной матрицы R-2R с выходом по напряжению

Номенклатура ЦАП, выпускаемых современной промышленностью, чрезвычайно широка и имеет в своем составе приборы как с токовым выходом (более универсальные для широкого применения), так и с выходом по напряжению (чаще всего в структуре ЦАП имеется встроенный операционный усилитель). Тем не менее, встречаются ситуации, когда требуется организовать выход по напряжению у имеющегося (или выбранного по тем или иным параметрам) ЦАП с токовым выходом. Для этого можно воспользоваться одним из описанных ниже приемов.

Если на выходе ЦАП требуется получить достаточно большой диапазон напряжений или требуется согласовать выход с низкоомной нагрузкой или нагрузкой, имеющей значительную емкость, то для организации выхода ЦАП по напряжению следует воспользоваться операционным усилителем, включенным по схеме инвертирующего усилителя (суммирующего усилителя) (рис. 6.18). Коэффициент усиления такого усилителя K_u равен отношению R_oc к выходному сопротивлению ЦАП.

Рис. 6.18. Формирование выхода ЦАП по напряжению с помощью инвертирующего ОУ с частотно-зависимой обратной связью

Если R_вых ЦАП, как в прошлом примере, равно 100 Ом, то K_u=100. Следовательно, если напряжение на входе ОУ 0-100 мВ, то напряжение на выходе ОУ будет изменяться от 0 до -10В. Компенсирующий конденсатор С_ос, подключенный параллельно резистору обратной связи R_ос , нужен здесь для обеспечения устойчивой работы схемы, поскольку выходная емкость ЦАП С_вых вместе с R_ос образует фазосдвигающую цепочку, снижая тем самым быстродействие усилителя. Еще одна схема, показанная на рис. 6.19, представляет собой комбинацию первых двух схем (входное сопротивление такого усилителя очень большое – сотни – тысячи кОм и оно не оказывает влияние на общее входное сопротивление схемы – R_н и R_вхоу – параллельное соединение). Здесь операционный усилитель работает как неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления K_u:

K_u=1+ =100

Рис. 6.19. Формирование выхода ЦАП по напряжению с помощью неинвертирующего ОУ с частотно-независимой обратной связью

Если, к примеруR₁=1 кОм, а R₂=99 кОм, то К_и=100. Эта схема обеспечивает наилучшие характеристики, т.к. не является частотно-зависимой. Тем не менее, последние две схемы при работе на высоких частотах могут потребовать применения высококачественных (и довольно дорогих) операционных усилителей, что и является их существенным недостатком.

Контрольные вопросы

1. Назначение ЦАП. Краткая классификация интегральных ЦАП. Шаг квантования, назначение U_оп.

2. ЦАП с суммированием токов. Принцип функционирования. Достоинство матрицы R-2R.

3. ЦАП с суммированием напряжений. Назначение матрицы R-2R, ее достоинство.

4. Организация выхода ЦАП по напряжению для интегральных ЦАП с токовым выходом.

Дата добавления: 2015-03-29