Цифроаналоговый преобразователь

 

Изобретение относится к автЬматике и измерительной технике и может быть использовано при создании высокоточных преобразователей цифровой информации в аналоговую. Цель изобретения - повышение надежности за Счет упрощения. Цифроаналоговый преобразователь содержит преобразователь 1 код - ток, источник 2 опорного напряжения, первый операционный усилитель 3, первый 4 и второй 5 резисторы , имеющие между собой тепловую связь, делитель 6 напряжения на четвертом и пятом резисторах, повторитель 7 напряжения на третьем операционном усилителе , кодоуправляемую матрицу 8, второй 9 операционный усилитель, третий 11 и шестой 12 резисторы, аналоговый инвертор 13, входную шину 14 преобразуемого кода, выходную шину 15. На элементах 6, 7, 8, 10, 11. 12 реализован функциональный преобразователь код - ток. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 2 табл. ч % е в Щиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (stls Н 03 М 1/66

ГОСУДАРСТВЕННОЕ flATEHTHPE

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОР(,КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4733860/24 (22) 01.09.89 (46) 23.05.93. Бюл. N. 19 (71) Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов (72) Г.С.Власов, А.Н,Лугин и С,E.Ëÿõ (56) Приборы и техника эксперимента. 1988, М 4, с.74. рис.3.

Авторское свидетельство СССР

М 1642586, кл. H 03 M 1/66, 1988. (54) ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к автбматике и измерительной технике и может быть использовано при создании высокоточнйх преобразователей цифровой информации в аналоговую. Цель изобретения — повыше„„Я „„1817244 А1 ние надежности за счет упрощения. Цифроаналоговый преобразователь содержит преобразователь 1 код — ток, источник 2 опорного напряжения, первый операционный усилитель 3, первый 4 и второй 5 резисторы, имеющие между собой тепловую связь, делитель 6 напряжения на четвертом и пятом резисторах, повторитель 7 напряжения на третьем ойерационном усилитр= ле, кодоуправляемуа матрицу 8, второй 9 операционный усилитель, третий 11 и шестой 12 резисторы, аналоговый инвертор

13, входную шину 14 преобразуемого кода, выходную шину 15. На элементах 6, 7, 8, 10, 11. 12 реализован функциональный преобразователь код — ток. 1 з.п. ф-лы, 2 . ил. 2 табл.

1817244

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике, а также к технике преобразования цифровых величин в аналоговые и может быть использовано при создании высокоточных аналого-цифровых преобразователей.

Целью изобретения является повышеwe надежности устройства за счет упрощения дополнительного функционального преобразователя;.

На фиг.1 представлена функциональная схема ЦАП; на фиг,2 — электрическая функциональная модель ЦАП.

LIAll содержит кодоуправляемый делитель (КУД) 1 тока, источник 2 опорного напряжения. выходной операционный усилитель (ОУ) 3, резистор 4 обратной. связи выходного ОУ, дополнительный резистор 5, делитель

6 напряжения, повторитель 7, дополнительный КУД 8 код — ток, два дополнительных ОУ 9, 10, два резистора 11, 12 обратной связи дополнительных ОУ, аналоговый инвертор 13, шину 14 управления, выходную шину 15, подложку

16, причем второй преобразователь 17 . является функциональным.

На фиг.2 приведены следующие обозна.чения;

0оп — опорное напряжение, U»ix — выходное напряжение преобразователя, Кдрпреобразуемый код, Кипр — коэффициент преобразования ЦАП, Kg — коэффициент деления дополнительного КУД, Мпр.ст -- код. образованный из старших разрядов кода

Nap, Ux — напряжение на выходе дополнительного усилителя, обратного канала, Uy— напряжение на выходе дополнительного усилителя.

Функциональная модель фиг;2 является абсолютным аналогом схемы фиг.1, с той лишь разницей, что из состава функциональной схемы исключен делитель напряжения, в то время как преобраЗователь на втором ОУ 9 на схеме фиг,1 имеет коэффициент преобразования в два раза выше, чем этот же усилитель на схеме фиг.2. Данное обстоятельство упрощает фиг.2, не меняя существа процесса преобразования.

Устройство работает следующим образом.

Преобразуемый и — разрядный код N поступае по шине управления на вход КУД

1, с выхода которого ток, пропорциональный коду N идет на вход преобразователя ток-напряжения, выполненного на операционном усилителе 3 и резисторе 4 обратной связи, а затем на выходную шину 15.

Первые в разрядов кода N поступают также на вход дополнительного КУД 8, выполненного по типу весового двоичного резистивного делителя тока, с выхода которого ток преобразуется в напряжение двумя дополнительными операционными усилителями 9 и 10 с резисторами 11 и 12 в цепи их обратной связи, Принимаем, что буферный (аналоговый) усилитель-инвертор имеет коэффициент передачи минус 1, Далее при10 нимаем для упрощения, что коэффициент пе редачи до полн ител ьно го усилителя обратного канала К=-1.KN = Kgnp, а электрическая модель фиг.2 будет соответствовать выражению, пред15 ставленному системой уравнений (-(Ыпп + Ux) KN - Uy и, (Uon + Ux) (1 KN) = Ux

20 из второго уравнения системы имеем (1+(1-Ки)) ()

Подставляя (2) в первое уравнение системы (1), получим

Uori KN

30 х (1 +(1 К (3) Сигнал Uy инвертируется апналоговым инвертором 13 и подается на первый вывод дополниптельйого резистора Ят (фиг.1) на

5 другой вывод которого: подается напряжение Уоп.

Таким образом падение напряжения на дополпнительном резисторе RT будет

40 равно, Цв,=u,,— U,=.

= Upn 2 (1 — Кы)((1+ (1 — Ки)) (4) и пропорционально протекающему через R току.

Выберем реальные коэффициенты KN для трехразрядного двоичного преобра- .

50 зователя, согласно табл.1, полагая что

Uon-=1 В

2 1 — Км) (1 - (1 K> >) )

Правая колонка табл,1 показывает, что при коэффициенте передачи дополнительного усилителя обратного канала К -1, нестабильность суммарной мощности рассеяния в области подложки 16 остается во

1817244 всем диапазоне преобразования несколько более 30 .

Предположим, что К - -2, при этом система уравнений (1} преобразуется в систему уравнений {4) (QUon+ Ux) KN = Uy

-2(0оп + 0х) (1-Кй) = 0х (4}

Второе уравнение системы (4) преобразуется к виду

Ux x1 (5) Далее, подставляя (5) в первое уравнение системы (4), получим

Uy = -0оп (6) Падение напряжения UR на дополнительном резисторе 5

Кл

0В1 Оп (1+2(1 — К ) ) (7) = 0оп

Если коэффициент передачи дополнительного усилителя обратного канала принять К = -3, то система (1) получит вид (8) -0..+0,}К =0„

-3(0оп + Ux) (1-Кй) = Ux о (8}

При этом (9) 1+3 (1 — К(ч)

Рассчитаем суммарные мощности рассеивания в области подложки 16 для приведенныхслучаевК--1, К--2, К-Зисведем эти значения в табл.2.

Оценка суммарной активной мощности, вцделяемой в области подложки 16, согласно табл.2 показывает, что при коэффициенте передачи К - -3 дополнительного усилителя 10, вариация активной мощности во всем диапазоне преобразования сохраняется равной около 10, что вполне соответствует 3-, 4-разрядному дополнительному КУД 8, Таким образом стабилизируется температурный режим в области подложки 16. а следогательно повышается точность преобразования кода в аналоговый сигнал. В отличие от аналога и прототипа в предложенном ЦАП достигается

5 высокая температурная стабильность и точность ЦАП в конечном счете, благодаря Goлее простой и линейной структуре дополнительного преобразователя.

10 Формула изобретения

1. Цифроаналоговый преобразователь, содержащий первый и второй резисторы с теплотцой связью между ними, первый и вто15 рой преобразователи код — ток, последний из которых. выполнен функциональным, управляющие входы первого из которых обьединены с соответствующими управляющими входами второго преобразователя

20 код — ток и являются входной шиной преобразуемого кода, а выходы соединены с инвертирующими входами соответственно первого и второго операционных усилителей, неинвертирующие входы которых под25 ключены к шине нулевого потенциала, выход первого операционного усилителя соединен через первый резистор со своим инвертирующим входом и является выходной шиной, вход аналогового сигнала первого

30 преобразователя код — ток соединен с выходом опорного сигнала второго преобразователя код — ток, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности за счет упрощения, в него введены аналоговый инвер35 тор и третий резистор, первый и второй выводы которого соединены соответственно с инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, выход которого соединен с входом аналогового ин40 вертора, выход которого через второй резистор соединен с выходом опорного сигнала второго преобразователя код — ток.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч à ешийся тем, что функциональный пре45 образователь код — ток выполнен в виде источника опорного напряжения, кодоуправляемого делителя на резистивной матрице и блоке двухпозиционных переключателей, делителя напряжения на

50 четвертом и пятом резисторах, повторителе напряжения на третьем операционном усилителе и преобразователе тока в напряжение на шестом резисторе и четвертом операционном усилителе, неинвертирую55 щий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход — с первыми выводами шестого и пятого резисторов, второй вывод последнего из которых объединен с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя и первым выво1817244

Таблица 1

Таблица 2 дом четвертого резистора, второй вывод которого является выходом опорного напряжения второго преобразователя код — ток и соединен с первым выводом источника опорного напряжения, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выход третьего операционного усилителя объединен со своим инвертирующим входом и соединен с аналоговым входом кодоуправляемого делителя, управляк; щие входы и первый выход которого являются соответственно управляющими входами и выходом функционального преобразова5 теля код — ток, второй выход кодоуправляемого делителя соединен с вторым выводом шестого резистора и инвертирующим входом четвертого операционного усилителя.

1817244

Составитель Г,Власов

Техред М.Моргентал Корректор M,Têå÷. Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбина "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1730 Тираж: Подл исное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям ы открытиям лри ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Рауаская наб., 4/5