D/A Prevodník R-2R
Obsah
1 Vlastnosti D/A prevodníka R-2R
Tento typ prevodníka, s odporovou sieťou R-2R, patrí medzi tzv. paralelné D/A prevodníky, ktoré využívajú metódu váhovania. Pre túto metódu sa používajú ešte prevodníky s odporovou sieťou typu RN. Avšak pri použití D/A prevodníka so sieťou R-2R, dostávame lepšiu teplotnú a časovú stabilitu, oproti tomu ak by sme použili D/A prevodník s odporovou sieťou typu RN. Tým získavame aj väčšiu presnosť u D/A prevodníkov s odporovou sieťou R-2R. Na zrealizovanie takéhoto prevodníka sa použivajú len dva druhy odporov a to s hodnotami R a s hodnotou dvojnásobnou, čiže 2R, obr. 1, 3. Tým sa výrazne zjednoduší samotná realizácia prevodníka a zväčší sa aj jeho presnosť.
Keďže hovoríme o váhovaných D/A prevodníkoch, tak váha samotných koeficientov p1 až pn je určená polohou prepínača. Poloha prepínača D/A prevodníka so sieťou R-2R zodpovedá hodnote 0 alebo 1. Doba ustálenia D/A prevodníka je okolo desiatok mikrosekúnd, pričom rýchle D/A prevodníky sa pohybujú v ráde desiatok nanosekund.
2 D/A prevodník R-2R s napäťovým spínaním
Na obr. 1 môžeme vidieť D/A prevodník R-2R s napäťovým spínaním. Využíva sa tu princíp príspevku referenčného napätia k výstupnému napätiu. Ak sa nachádza prepínač v pravej polohe, číže na hodnote 0, príspevok k výstupnému napätiu je nulový. To je z dôvodu, že prepínač je pripojený na zem. Ak prepínač nastavíme na ľavú polohu, hodnota 1, napätie Ur prechádza odporom 2R. Napätie Ur je referenčným napätím, vďaka tomuto napätiu, ak je prepínač v ľavej polohe, preteká prúd v danej vetve do uzla. Tento prúd sa stáva príspevkom k celkovej hodnote výstupného napätia U0. Veľkosť tohto príspevku závisí od vzdialenosti uzla od výstupu prevodníka. Čím sme bližšie k prevodníku, tým je príspevok hodnoty k výstupnému napätiu väčší. Výstupné napätie potom dostávame superponovaním všetkých príspevkov referenčného napätia. Pre výstupné napätie U0 platí nasledovný vzťah:
[math]U_o =U_r \frac{R_0}{R} \sum_{i=1}^N \frac{p_i}{2^i}[/math]
[math]I_o =U_r \frac{1}{R} \sum_{i=1}^N \frac{p_i}{2^i}[/math]
2.1 Princíp
Ak referenčné napätie prechádza len uzlom 1, čiže prepínač, ktorý nastavuje koeficient p1 je nastavený na hodnotu 1 a ostatné prepínače sú na hodnote 0. Potom dostávame nasledovné zapojenie odporov, obr.2 veľkosť odporu je potom 3R:
Veľkosti výstupného prúdu a napätia pri prepínači p1 v hodnote 1 a ostatných na hodnote 0, sú nasledovné:
[math]I_0 =\frac{U_r}{(R+2R)}{ \frac{1}{2}}[/math]
[math]U_0 =I_0 3R={ \frac{1}{2}U_r}[/math]
Ak referenčné napätie prechádza uzlom 1 a 2, čiže prepínač, ktorý nastavuje koeficienty p1 a p2 je nastavený na hodnotu 1 a ostatné prepínače sú na hodnote 0. Hodnota výsledného odporu je rovnako ako u predchádzajúceho prípadu 3R. Avšak veľkosť výstupného prúdu a napätia nie je rovnaká:
[math]I_0 =\frac{U_r}{3R}{ \frac{1}{4}}[/math]
[math]U_0 =I_0 3R={ \frac{1}{4}U_r}[/math]
Ako môžeme vidieť s rastúcim počtom prepínačov v ľavej polohe, hodnota 1, dochádza k zvyšovaniu menovateľa presne podľa všeobecného vzorca, ktorý sme si ukázali.
Takéto zhotovenie D/A prevodníka má jednu nevýhodu. Či už nastáva alebo nenastáva prechod prúdu do uzla cez patričné odpory je určené polohou prepínača pn. Hodnota prúdov vo vetve sa mení so zmenou vstupného kódu, tým dochádza k spomaľovaniu ustálenia výstupného napätia a tým sa zhoršujú dynamické vlastnosti.
3 D/A prevodník R-2R s prúdovým spínaním
Z predchádzajúceho dôvodu je výhodnejšie použiť nasledovné zapojenie, D/A prevodník R-2R s prúdovým spínaním. Pri použití tohto zapojenia nedochádza k zmene prúdu v odporovej sieti, čím nedochádza k zhoršovaniu doby ustálenia. Takéto zapojenie je na obr.3.
Cez opory siete tečú rovnaké prúdy, ktoré sú nezávislé od polohy prepínačov z toho dôvodu, že medzi vstupmi OZ je virtuálna nula. Prúd, ktorý prechádza obvodom z referenčného napätia je konštantný. Pre výstupné napätie U0 platí nasledovný vzťah:
[math]U_o =U_r \frac{R_0}{R_0 +R} \sum_{i=1}^N \frac{p_i}{2^i}[/math]
Použitá literatúra
1. KUKUČA, Peter. Základy číslicového merania. Bratislava : STU, 2003 [cit. 2010-05-13]. Dostupné z WWW: <http://webmail.stuba.sk/~peter.kukuca/pedagogika/ADC2003.doc>.
