|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Во второй схеме ПКН (рис. 3.37, б) необходимый коэффициент передачи эталонного напряжения образуется с помощью многозвенного делителя напряжения. Эквивалентные схемы такого делителя, полученные последовательным преобразованием с использованием известной теоремы об эквивалентном генераторе, показаны на рис. 3.38 для случая ui = I, а}ф1 = О (первые шаги преобразования поясняются штриховыми линиями на рис. 3.38, й). Из этих схем видно, что коэффициент передачи напряжения от любого звена к последующему равен 1/2, за исключением последнего звена (рис. 3.38, в), где коэф фициент равен 1/3. Результирующий коэффициент передачи от г-го звена на выход ПКН 1 / 1 1 2 / 1 (3.7) Таким образом, схема рис. 3.37, б также обеспечивает требуемое правило формирования коэффициентов, определяемое соотношением 3.7). Такая схема имеет коэффициент использования эталонного напряжения, равный 2/3, в отличие от схемы рис. 3.37, а, в которой этот коэффициент равен 1.Это следует из того, что максимальное значение выходного напряжения ПКН, соответствующее максимальному входному числу Лтах (когда Oj = 1 ДЛЯ всех / = [О, п-1]), определяется как , (Лшак) = У]"* = "-2 И для первой схемы (рис. 3.37, а) равно Um&x, а Для второй (рис. 3.37, б) -и max 2/3. Однако, несмотря на этот недостаток и на большее число элементов схемы, преимуществом схемы ПКН с резистивной цепью типа R-2R является то, что для вьшол- Ц 2R 2R 2R „\ 11 1 I , 2/1 Я R и R R и R\\ в\\ ! 2lA\\ .2R WZR 2 (n-i-1) Звеньев  (n-i-21 звеньев S) Последнее звено Рис. 3.38. Эквивалентные схемы ПКН, изображенного на рис. 3.37: а -исходная схема при 0(=1. ai-O, б - результат замены (( + 1) звеньев (слева от штриховой линии на рис. 3.38, а) эквивалентным генератором; 15-результат последовательной замены всех звеньев, кроме последнего нения такой схемы требуется всего два номинальных значения сопротивлений (в отличие от схемы рис. 3.37, о, которая требует п значений сопротивлений). Это существенно упрощает практическую реализацию таких схем, особенно при большой разрядности ПКН, когда предъявляются высокие требования к точности подбора сопротивлений. Поэтому схемы ПКН, используюшце резис-тивные цепи типа R-2R, широко применяются на практике, причем подобные резис-тивные цепи выполняются в виде интегральных микросхем (например, серии 252, 265, 301 [63]). Одной из важнейших задач, связанных с разработкой и применением ПКН, является обеспечение требуемой скорости преобразования, или быстродействия схемы. Это важно тогда, когда ПКН является элементом более сложных устройств, например преобразователей напряжения в код, характеристики которых в значительной степени зависят от характеристик используемых в них ПКН. В рассмотренных схемах ПКН (см. рис. 3.37) время выполнения операции преобразования определяется быстродействием ключевых схем и переходными процессами в резистивных цепях, обусловленными. по n-l Рис. 3.39. Схемы ПКН на основе принципа суммирования токов, аналогичные схемам на рис. 3.37 наличием паразитных емкостей. Второй фактор для этих схем является основным, так как значения сопротивлений обычно выбирают довольно большими, чтобы пренебречь погрешностями, вносимыми конечным сопротивлением электронных переключателей. Следует заметить, что схема рис. 3.37, б обладает более низким быстродействием, чем схема рис. 3.37, а, так как содержит больше паразитных емкостей и в ней используется многозвенный принцип передачи напряжения. Этот недостаток схемы с резистивной цепью типа R-2R вместе с другими отмеченными недостатками (большее число элементов и меньший коэффициент использования напряжения) является причиной того, что схеме с двоично-взвешенной резистивной цепью нередко отдается предпочтение в практических приложениях. Для обеспечения более высокой скорости преобразования на практике используются схемы ПКН, основанные на принципе суммирования токов. На рис. 3.39 приведены две таких схемы, которые отличаются от рассмотренных расположением ключевых элементов и наличием операционного усилителя с отрицательной обратной связью. Благодаря большим значениям коэффициента усиления и входного сопротивления операционного усилителя можно считать, что напряжение на его входе и ток во входной цепи близки к нулю. Следовательно, все токи ih (k = [О, п-1]), текущие через элементы резистивной цепи, уравновешиваются током /ос. текушцм в цепи обратной связи, и выходное напряжение ПКН равно (3.8) fe=0 Т. е. операционный усилитель выполняет операцию суммирования токов, которые определяются значениями сопротивлений в тех разрядах ПКН, где Ofe = 1. Un-,-l1max 1 2R I 2й\ k 1! I Рис. 3.40. Эквивалентные схемы ПКН, изображенного на р-ис. 3.39: а - исходная схема при 0=1. о(=0. б - результат замены части исходной схемы (слева от штриховой линии) эквивалентным генератором В первой схеме (рис. 3.39, а) сопротивления выбирают согласно правилу Rk = /?n-i2"~*~". При этом п-1 л-1 f(W) = /?o fe=0 (3.9) т. е. выполняемая этой схемой операция есть операция преобразования двоичного кода в напряжение, описанная ранее с помощью выражений (3.5), (3.6). Во второй схеме (рис. 3.39, б) ток ik, текущий через k-u замкнутый ключ при = 1 и Gj+fe = О, можно определить с помощью эквивалентных схем, изображенных на рис. 3.40, где переход от рис. 3.40, а к рис. 3.40, б выполнен путем замены всех звеньев слева •от штриховой линии эквивалентным генератором с напряжением Ufei и внутренним сопротивлением Rm- По схеме на рис. 3.40 можно составить рекуррентные соотношения Rki + 3R 2R(R,i-[-R) Rki + 3R из которых следует, что " Rk + 2R ft+l- Это значит, что токи двух соседних разрядов ПКН отличаются в два раза, причем в самом старшем разряде, как видно из рис. 3.40, ток = llmiJ2R. Таким образом, для этой схемы получаем соотно- 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 |