Budowa układu przetwornika cyfrowo-analogowego¶

Cel ćwiczenia¶

Praktyczne zapoznanie się ze sposobem działania i parametrami przetworników cyfrowo-analogowych.

Wymagane wiadomości¶

Podstawy obwodów elektrycznych prądu stałego.
Wzmacniacz operacyjny w obwodach prądu stałego.
Podstawy budowy i działania przetworników ADC i DAC.

Wprowadzenie¶

Przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) oraz cyfrowo-analogowe (DAC) służą do konwersji sygnałów z postaci analogowej na cyfrową i odwrotnie. Są one podstawowymi elementami układów pomiarowych i kontrolno-pomiarowych.

Najprostszym przetwornikiem cyfrowo-analogowym jest drabinka rezystorów o odpowiednich wartościach odpowiadających wagom poszczególnych pozycji liczby binarnej w układzie wzmacniacza sumującego, jak pokazano na Rys.1. Pozycje poszczególnych przełączników (mogą to być elektroniczne układy przełączające) reprezentują wartość liczby binarnej. Dla maksymalnej wartości (11111..) napięcie wyjściowe równe jest V.

Rys.1. Układ wagowego przetwornika DAC.

Ponieważ wytwarzanie precyzyjnych rezystorów o dużej i małej wartości z tą samą bezwzględną tolerancją jest drogie, powyższy układ nie ma dużego praktycznego znaczenia. Bardziej praktyczne układy przetworników DAC bazują na tzw. dranice rezystorowej R-2R, gdzie stosuje się rezystory o tylko dwóch wartościach. Podstawowy układ pracy takiego przetwornika przedstawiono na Rys.2.

Rys.2. Układ przetwornika DAC typu R-2R.

Innym przykładem zastosowania drabinki R-2R jest przetwornik DAC mnożący (Rys 3). napięcie wyjściowe zmienia się w zakresie napięć od 0 do wartości napięcia wejściowego w zależności od stanów przełączników kodujących.

Rys.3. Układ przetwornika mnożącego DAC.

Istotnymi parametrami przetworników DAC są:

rozdzielczość (liczba bitów),
rodzaj kodu,
poziomy logiczne,
format danych (szeregowy, równoległy…),
rodzaj i zakres wyjścia (napięciowy, prądowy).

Poniżej podano ważniejsze informacje o przetworniku mnożącym DAC7821 wykorzystywanym w tym ćwiczeniu.

Rys.4a. Ogólny schemat ideowy.

Rys.4b. Konfiguracja i znaczenie wyprowadzeń.

Rys.5. Schemat wewnętrznej drabinki R-2R.

Rys.6. Podstawowy schemat aplikacyjny.

Przebieg ćwiczenia¶

Zapoznać się z karta katalogową przetwornika DAC7821.
Skonfigurować podstawowy układ pracy przetwornika (Rys.6) wykorzystując układy oznaczone nr 3 (DAC) oraz 1 (wzmacniacz operacyjny) na płycie ASLK PRO (Rys.7). Do pomiaru napięcia wyjściowego należy wykorzystać moduł MyDaq.
Dla wybranych wartości liczb binarnych (co najmniej 20 z zakresu 0-4095) zmierzyć odpowiadające im wartości napięć wyjściowych. Dane zapisać w postaci tabeli oraz pliku.

Rys.7. Widok płyty analogowej ASLK PRO.

Opracowanie wyników¶

W sprawozdaniu należy:

opisać przebieg ćwiczenia,
zamieścić wynik ćwiczenia w postaci tabeli oraz wykresu.
Wyznaczyć błąd wzmocnienia, błąd zera.
Skomentować liniowość charakterystyki badanego przetwornika.

Literatura¶

[Hempowicz2004-6]

P. Hempowicz, R. Kiełsznia, A. Piłatowicz, J. Szymczyk, T. Toborowski, A. Wąsowski, A.Zielińska, W. Żurawski, Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków, WNT, Warszawa 2004

[Stacewicz1994-6]

T. Stacewicz, A. Kotlicki, Elektronika w laboratorium naukowym, PWN, Warszawa 1994.

[Horowitz1995-6]

P. Horowitz, W. Hill, Sztuka elektroniki, WKŁ, Warszawa 1992, 1995.

[Tietze1996-6]

U. Tietze, Ch. Schenk, Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa 1976, 1987, 1996.

[Sledziewski1984-6]

R. Śledziewski, Elektronika dla fizyków, PWN, Warszawa 1984.