1.Laboratóriumi gyaorlat Digitál-analóg átalaító (D/A onvertere) 1. A gyaorlat célja Digitál-analóg onvertere szerezeti felépítése, műödése, egy négy bites DAC araterisztiájána felrajzolása, valamint az átalaítási hibá tanulmányozása. 2. Elméleti bevezető A D/A onvertere numerius jelet analóg jellé alaítana át, rendszerint feszültséggé, melyne értée arányos a bemenetre apcsolt bináris számmal. A statius átviteli araterisztia egyenlete a övetező éppen írható: o N ref ref n 1 a 2 (10.1.) o imeneti feszültség ref referencia feszültség, amely az átalaításhoz szüséges, anna alapján épezi a imeneti feszültséget és egyben meghatározza anna maximális értéét N a bemenetre apcsolt bináris szám, mely n számú bitből áll A D/A átalaító jellemző paramétere a válasz idő T V, ami a bemeneten a bináris szám megjelenése és a imeneten az analóg jel megjelenése özt eltelt idő. Egy mási paraméter, mely az átalaítás pontosságát határozza meg a lépés vagy vantum. max q (10.2.) n 2 max ref a maximális imeneti feszültség. n - a bináris számot alotó bite száma. Innen látható, hogy ugyanannál a referencia feszültségnél, ha a bite száma nő, a felbontóépesség nagyobb, a lépés isebb, a pontosság, amivel megözelíti a imeneti feszültség a bináris számot (vagy fordítva) nagyobb. A vantumoat még úgy is meghatározhatju, mint az a imeneti feszültség változás, amit a legisebb helyértéű bit megváltozása ooz. Egy adott ref nál és egy adott típusú onverternél a q állandó. A leggyarabban használt D/A onverter típuso, R-2R ellenállás hálózatot vagy súlyozott ellenállás hálózatot használna. A (1.1.) ábrán egy súlyozott ellenállás hálózattal rendelező, 4 bites D/A átalaító látható. Az AO műveleti erősítő összegező áramörént műödi és összeadja az I, I 1, I 2, I 3
áramoat az S, S 1, S 2, S 3, apcsoló helyzetétől függően. Az S bezárva ( ), a ( ), ha S nyitva, aor a. Az R r ellenállás az erősítést határozza meg, és úgy állítju be, hogy amior a bináris szám maximális (a, ) a imeneti feszültség is maximális legyen. A (1.2.) ábrán egy négy bites súlyozott ellenállás hálózattal műödő D/A onverter részletes rajza található, ét változatban. Az első változatnál az S apcsolóat tranzisztoro segítségével valósítottu meg (T 1...T 4 BC171 típusú tranzisztoro), a másodi estben pedig INVERTER apual (CDB4 4 és CDB4 6). A műveleti erősítő ( A 741) összegezi az ellenállás hálózat áramait. Egy adott ág árama: ref 5V I R 2 R 2 (10.3.) A imeneti feszültséget o1 voltmérővel mérhetjü, vagy az oszcilloszóp Y 1 bemenetére ötjü. Az AO2 műveleti erősítő omparátorént műödi, melyne egyi bemenetén az o1 feszültség, mási bemenetén egy referencia feszültség van. Ez utóbbit a P potenciométerrel változtathatju. Így egy A/D átalaítót szimulálhatun. Ha o1 nagyobb, mint a referencia feszültség a omparátor imenete 1, ha o1 isseb, a omparátor imenete 0. A K 1 apcsoló helyzeténe megváltoztatásával az áramört ézi vezérlésre alaíthatju át, az impulzusoat a T nyomógombbal adju és így lépésről-lépésre övethetjü a műödést. Az oszcilloszópon vagy voltmérőn a imeneti egyenfeszültség lépcső értéeit olvashatju le. 3. A mérés menete A laboratóriumi mérőhelyen a 1.2. ábrán bemutatott áramöri rajzna megfelelő D/A onvertert találun. Ezen megfigyeljü az a), illetve a b) variánsoat, azonosítju a bemeneteet, imeneteet, apcsolóat, amelyeel áttérhetün egyi variánsról a mási variánsra, valamint a betáplálási csatlaozóat.
10.2. ábra
3.1. Először az a) apcsolási rajzon feltüntetett változatot tanulmányozzu. Enne megfelelően a övetező ötéseet végezzü: - a CDB49 számláló imeneteit a T 1 T 4 tranzisztoro bázisaira apcsolju D-D 1 C-C 1 B-B 1 A-A 1. - a súlyozott ellenállás hálózat imenetét a műveleti erősítő bemenetére csatlaoztatju X-X 1 - a Q 1 és Q 2 csatlaozóat rövidre zárju - az áramört 15V és 5V táplálju - az o1 imenetre az oszcilloszóp Y 1 szondáját apcsolju a imeneti jel megjelenítésére. A K 1 apcsolót az A (automatius) állásba apcsolva a számláló bemenetére 1Hz-es órajelet apcsolun a jelgenerátorból. Az o1 imeneten a feszültséglépcsőet figyeljü meg. Az oszcilloszópon meghatározzu a feszültséglépcső számát, az egyes feszültséglépcső értéét (ismerve az oszcilloszóp V/div apcsolójána állását), meghatározzu a feszültséglépcső özti ülönbséget, a vantumot (q). Ismerve a feszültséglépcső számát, meghatározhatju az egyes feszültséglépcsőne megfelelő bináris számot (bináris ódot). A 10.1. táblázatba az a) variánsna megfelelő oszlopoba beírju a számolt és mért értéeet. 10.1.táblázat Bináris 01 01 q ód [V] [V] [V] Kimeneti lépcső száma q [V] a) b) a) b) A M A M A M A M 2.1. A b) apcsolási rajzon feltüntetett változat tanulmányozásához a övetező módosításoat végezzü: - a számláló imeneteit a logiai apu bemeneteire ötjü D-D 2 C-C 2 B-B 2 A-A 2 - az enne megfelelő ellenállás hálózat imenetét tesszü a műveleti erősítő bemenetére X-X 2 - a K 1 apcsolót szintén az A pozícióba apcsolju. Hasonlóan járun el, mint az előző esetben és az adatoat a 10.1. táblázatba a b) variánsna megfelelő oszlopoba írju A K 1 apcsolót az M (manuális) pozícióba téve is megfigyelhetjü a onvertere műödését, ebben az esetben az o1 imenetre voltmérőt teszün. gyanazoat a méréseet végezzü el mint az előző esetben. Az adatoat szintén a 10.1.táblázatba írju a megfelelő oszlopoba. Minden ét szomszédos feszültséglépcső özt meghatározzu a vantumot (q), a övetező összefüggéssel:
q (10.4.) ( ) o1( ) o1( 1) Ismerve a maximális imeneti feszültséget omax, a bite számát (n), iszámolju a 10.2 összefüggés alapján az ideális vantumot, majd meghatározzu a ülönbséget: q q q i [%] Megrajzolju mindét variáns araterisztiáját. 4. Kérdése, megjegyzése 4.1. A mért és számolt adato, valamint a araterisztia alapján határozzáto meg, melyi variáns a pontosabb. Miért? 4.2. Milyen szerepet töltene be a tranzisztoro, illetve az invertáló apu? 4.3. Ha növeljü a D/A onverter imeneti feszültségét ugyanannál a bemeneti bitombinációnál, hogyan változi a q (vantum)? Mit ell tenni, hogy a q változatlan maradjon? 4.4. A 10.2. ábrán levő R r1 és R r2 potenciométerene mi a szerepe? 4.5. Keressete D/A onvertereet (legalább ettőt) és rjáto le röviden műödési elvüet!