Схемотехника электронных средств. Учебное пособие - 47 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

разряды до самого младшего. На это требуется количество импульсов ГТИ всего в два раза больше, чем число разрядов.
Самым быстродействующим является параллельный АЦП (рис. 8.1,
в). Напряжение U
вх
сравнивается в компараторах К с
набором опорных напряжений, снимаемых с резистивного делителя. На тех компараторах, где
U
вх
больше, чем
соответствующее напряжение с делителя, на выходе будет логическая 1, на остальных – логический 0. Шифратор (ШФ)
преобразует цифровой код такого вида в двоичный. Быстродействие Такого АЦП определяется, в основном,
быстродействием компараторов и может быть до десятков наносекунд. Недостаток параллельного АЦП – аппаратурная
сложность, определяемая числом компараторов, которое равно 2
n
, где n – число двоичных разрядов.
Уменьшение числа компараторов и сохранение высокого быстродействия достигаются в двухтактных схемах (рис.
8.1,
г). АЦП1 преобразует в цифровой код к-1 старших разрядов. Этот цифровой код преобразуется ЦАП в напряжение,
которое вычитается из
U
вх
. Разность напряжений преобразуется АЦП2 в код младших разрядов. Например, оба АЦП –
четырехразрядные (по 16 компараторов), всего потребуется 32 компаратора, а если строить АЦП параллельного типа на
восемь разрядов, то потребуется 2
8
= 256 компараторов. Быстродействие такого АЦП несколько хуже (примерно в два
раза), чем параллельного, но это окупается экономией числа компараторов.
В последнее время большое распространение получил способ аналого-цифрового преобразования с использованием
сигма-дельта модуляторов. В этом способе обеспечивается гораздо более высокая разрядность (16 – 24) и высокое
отношение сигнал/шум. Ведущей фирмой по разработке таких устройств является Analog Devices.
Аналого-цифровые сигма-дельта преобразования содержат два основных этапа: сигма-дельта модуляцию и
цифровое преобразование сигма-дельта модулированного сигнала. Сигма-дельта модулятор представляет собой
преобразователь напряжения – частота, который синхронизован тактовой частотой
f
т
. Его выходной сигнал представляет
собой последовательность единичных и нулевых посылок, длительность которых
t = 1 / f
т
, а общая частота следования –
f
т
.
Основными параметрами АЦП является разрядность и время установления. Как правило, параллельные АЦП имеют
невысокую разрядность: 6 и 8, а время установления составляет 0,02 мк
⋅ с. АЦП последовательных приближений имеют
более высокую разрядность: 10 или 12, но их время установления составляет, например, 0,9 мкс. Кроме того, микросхемы
АЦП различаются по виду цифровых микросхем, к которым их можно подключить (ТТЛ, МОП, ЭСЛ).
Описание лабораторного стенда
Параллельный АЦП может быть построен по схеме, приведенной на рис. 8.2. Входное напряжение, которое может
изменяться в диапазоне от нуля до напряжения источника питания
U
п
, представляется на выходах преобразователя в
параллельном дополнительном двоичном коде [6].
Для нормальной работы АЦП инверторы-компараторы должны переключаться при напряжении на их входах,
равном
U
п
/ 2, а выходные напряжения компараторов в устойчивых состояниях должны быть близки к нулю и U
п
. Кроме
того, компараторы должны обладать высоким входным и низким выходным сопротивлениями.
Перечисленным требованиям удовлетворяют большинство современных ОУ, инвертирующие входы которых
подключены к потенциалу
U
п
/ 2.
В качестве основы для АЦП можно использовать четверенные КМОП логические элементы "И-НЕ" или "ИЛИ-НЕ".
Входное сопротивление такого АЦП около 22 кОм, а время преобразования – не более 300 нс.
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему измерений согласно рис. 8.3.
2. Подать напряжение питания с БП 1 (+9 В).
3. Включить БП 2. Плавно вращая ручку потенциометра изменять величину входного напряжения на входе АЦП (0
… +9 В), при этом визуально наблюдать, как изменяется код на выходе с помощью светодиодов расположенных на
верхней крышке лабораторного стенда. Свечение светодиода означает наличие логической единицы на соответствующем
разряде, отсутствие свечения – логического нуля.
4. Установить БП 2 в положение "0" В. Изменяя напряжение от 0 до +9 В с шагом 1 вольт, контролировать с
помощью осциллографа значение кода на выходе (клеммы 4А – 7А). Данные занести в табл. 8.1.
Примечание: при контроле сигнала осциллографа на одном из раз- рядов, светодиод этого разряда гаснет (в
случае наличия на нем логической 1).

Страницы