|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы емкости С необходимо применять элементы схемы с малыми утечками. Этому требованию наиболее полно отвечают металлопленочные конденсаторы с диэлектриком из полистирола и фторопласта и ключи на униполярных транзисторах с изолированным затвором. Входные токи современных операционных усилителей с полевым транзисторами на входе составляют единицы наноампер. Погрешность напряжения на ем-кости С создается также из-за прохождения импульса выборки через паразитные емкости ключа при переходе схемы из режима выборки в режим запоминания. Значение погрешности зависит от крутизны фронта и амплитуды импульса выборки, а также от отношения  Сигнал 1 ТГ dbtSopKu ° Чех,, еых йых о вьис  Рис. 3.35. Простейшая схема выборки и запоминания: а - принципиальная схема; б - временнАя диаграмма процессов в схеме проходной емкости ключа и емкости зарядного конденсатора. Подробный анализ указанного типа погрешности приведен в [12, 40J. Отметим, что одним из эффективных методов уменьшения погрешности переключения является применение аналоговых ключей на КМОП-транзисторах, рассмотренных в § 3.2 (рис. 3.19). Как отмечалось, на входе и выходе схемы выборки и запоминания, приведенной на рис. 3.35, а, необходимы буферные каскады. Однако такие каскады имеют значительный временной и температурный дрейф напряжения смещения и недостаточно стабильный коэффициент усиления в диапазоне уровней передаваемого сигнала. Очевидно, что указанные ошибки приведут к увеличению погрешности записи входного напряжения в стадии выборки. Влияние буферных каскадов на точность записи напряжения можно уменьшить путем введения глубокой отрицательной обратной связи [12, 40, 70]. На рис. 3.36 приведен пример схемы выборки и запоминания с отрицательной обратной связью. В режиме выборки ключевой транзистор Tt полностью открыт, петля отрицательной обратной связи замкнута и выходное напряжение отличается от входного только на значение напряжения смещения нуля ОУ. В этом режиме схема выполняет функции обычного повторителя напряжения. Схема имеет малый уровень дрейфа, так как напряжение смещения буферного каскада на транзисторе уменьшается в К раз, где К - коэффициент усиления ОУ в разомкнутом состоянии. В режиме запоминания транзистор Ti заперт и относительно длительное хранение напряжения на конденсаторе обеспечивается <еых о достаточно большим входным сопротивлением истокового повторителя. С другими типами схем выборки и запоминания можно ознакомиться в [12, 40, 70]. Отметим, что быстродействие и точность работы схем выборки и запоминания существенно зависят от величины емкости зарядного конденсатора. С одной стороны, емкость должна быть достаточно малой, чтобы быстро зарядить конденсатор до величины входного напряжения в стадии выборки, а с другой - достаточно большой, чтобы обеспечить малые погрешности спада напряжения в стадии запоминания. Влияние емкости зарядного конденсатора на указанные характеристики может быть уменьшено, если применить двух-каскадную структуру схемы выборки и запоминания [12]. В первом каскаде используются накопительный конденсатор небольшой емкости и импульс выборки малой длительности, что обеспечивает быстрый заряд емкости, во втором - накопительный конденсатор значительно большей емкости и импульс выборки большой длительности. Это позволяет увеличить время хранения напряжения при заданной ошибке разряда конденсатора. Каскады включаются последовательно и заряд конденсатора второго каскада осуществляется выходным напряжением первого. Сигнал Выборки Рис. 3.36. Схема выборки и запоминания с отрицательной обратной связью § 3.6. цифро-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД-напйжение Рассмотрение принципов построения устройств цифро-аналогового преобразования сигналов начнем с преобразователей код - напряжение (ПКН), так как они являются основой для построения более сложных устройств обратного преобразования напряжение-код. При этом рассмотрим только преобразователи параллельного двоичного кода в напряжение, которые широко распространены на практике. Смысл рассматриваемого преобразования состоит в выработке напряжения U на выходе ПКН, пропорционального входному двоичному числу Л. Используя известную форму представления двоичных чисел iV = ao2« + aa2i + . . . + й„ , 2-1 =а,2, запишем операцию, выполняемую ПКН, в виде n-I и-I t=0 1=0 (3.5) где отношение максимального выходного напряжения f/max к максимальному входному числу Л/тах = 2« -1 играбт роль масштабного-коэффициента, определяемого как напряжение, соответствующее единице входного числа (т. е. U(l) = 6max/iVmax). Из выражения (3.5) следует, что операция преобразования код-напряжение сводится к суммированию элементарных напряжении Щ = f/„ax 27(2« - 1) « ty„ax/2«-- = К„ (3.6): которые образуются путем деления некоторого эталонного напряжения Umax с помощью резистивных делителсй с коэффициентом передачи. /(. = 1/2"". При этом из опера- I JL, 2r Рис. 3.37. Схемы ПКН с двоично-взвешенными резистивными цепями (о) и с многозвенной резистивнок цепью типа R-2 (б) ции суммирования исключаются те слагаемые Ui, которые соответству-ют нулевым значениям элементов йи составляющих входное двоич- о,о ное число {a„.ia„ 2 ... fliOo}. Для реализации этого принципа преобразования на практике a„s; используются две разновидности схем, представленные на рис. 3.37. Первую схему (рис. 3.37, а) называют ПКН сдвоично-взве-ш е н н ы м и резистивными цепями (или схемой с суммированием напряжений), а вторую (рис. 3.37, б) - ПКН с многозвенной резистивной цепью типа R-2R. В обеих схемах при появлении единицы в /-м разряде двоичного числа эталонное напряжение Lmax проходит через соответствующий замкнутый ключ и резистивную цепь на выход. Различие этих схем заключено в том, как формируется требуемый коэффициент деления эталонного напряжения с помощью резистивной матрицы. В первой схеме (рис. 3.37, а) при с, = 1 коэффициент передачи напряжения Kt = определяется отношением проводимости У1 = \IRi к суммарной проводимости всей цепи уъ = yt- Значения сопротивлений Ri в этой схеме задаются следующим образом: i?„ i = = R, Rn-2 = 2;?..... Ri = 2«--/?..... Ro = 2«-ii?. Тогда ; -(так как 2"» 1) R и, следовательно, Kt = Uf/Umex. = yt/yii = 1/2" Это значит, что заданная совокупность сопротивлений в схеме на рис. 3.37, а удовлетворяет соотношению (3.6), которое определяет правило форми-)ования коэффициентов передачи эталонного напряжения на выход ПКН. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 |