Общие понятия о регулировании в системах обеспечения функционирования источника плазмы, страница 14

Цифроаналоговые преобразователи. Преобразование цифровых кодов в пропорциональный аналоговый сигнал (ЦАП) необходимо как для построения АЦП поразрядного кодирования, так и для формирования аналоговых сигналов произвольной формы по кодовым входным сигналам (например, при создании перестраиваемых генераторов синусоидального напряжения, ступенчатых тестовых сигналов, квазислучайных аналоговых сигналов, а также аналоговых управляющих систем на основе МП и микро-ЭВМ).

Стандартным средством для преобразования информации из кода в аналог является сетка из прецизионных сопротивлений, коммутируемая электронными ключами, управляемыми цифровым кодом.

ЦАП можно рассматривать как потенциометр с цифровым управлением, задающий аналоговые ток или напряжение, являющиеся частью полной шкалы. Базовая схема ЦАП состоит из источника опорного напряжения, в качестве которого обычно используется температурно-стабилизированный стабилитрон, матрицы двоично-весовых прецизионных резисторов и набора электронных ключей-коммутаторов.

При замыкании каждого ключа ток в выходной суммирующей шине получает двоично-весовое приращение. Установив на выходе операционный усилитель (ОУ), преобразующий ток в напряжение, можно ЦАП с токовым выходом преобразовать в ЦАП с выходом по напряжению. Однако ЦАП с выходом по току имеет более высокую скорость установления выходной величины. На рисунке 1.4-5.10.а приведена схема ЦАП с весовой резистивной матрицей, а на рисунке 1.4-5.10.б представлен ЦАП с цепной R-2R-матрицей, оба с выходом по напряжению.

Применение матрицы типа R-2R является эффективным средством для уменьшения числа номиналов используемых сопротивлений. Основной характеристикой ЦАП является разрешающая способность, определяемая числом N разрядов.

Теоретически ЦАП, имеющий N двоичных разрядов, должен обеспечить 2^N различных значений выходного сигнала с разрешающей способностью .

Абсолютное значение минимального выходного кванта определяется как максимальным значением 2^N-1 входного кода, так и максимальным выходным напряжением ЦАП (напряжением шкалы – U_шк). Например, при N=12 и U_шк=10 В абсолютная разрешающая способность ЦАП составит:

Наличие погрешностей в узлах ЦАП и шумов приводит к отличию реального значения разрешающей способности от теоретического значения. Точность ЦАП определяется значениями абсолютной погрешности, нелинейностью и дифференциальной нелинейностью. Абсолютная погрешность представляет собой отклонение значения выходного напряжения или тока от номинального. Абсолютная погрешность обычно измеряется в единицах младшего значащего разряда (МЗР).

Нелинейность прибора характеризует идентичность минимальных приращений выходного сигнала во всем диапазоне преобразования и определяется как наибольшее отклонение выходного сигнала от прямой линии, проведенной через нуль и точку максимального значения выходного сигнала. Обычно считают, что нелинейность не должна выходить за пределы ±0,5 единицы МЗР.

Среди динамических параметров ЦАП существенными являются время установления выходной величины t_уст и максимальная частота преобразования.

Время t_уст  определяется как интервал времени от подачи входного кода до вхождения выходного сигнала в пределы заданной зоны ошибки вокруг требуемого аналогового уровня. Максимальная частота преобразования f_прб - наибольшая частота поступления входного кода, при которой параметры ЦАП соответствуют заданными значениями.

Существенный прогресс в области микроэлектронной технологии позволил проектировать ЦАП в интегральном исполнении с очень высокими показателями по быстродействию, точности, стабильности и разрядности (до 14-16 двоичных разрядов).

Особое значение ЦАП приобрели с появлением микропроцессорных измерительных приборов и систем, в которых они играют ключевую роль.