Описание лабораторного стенда
Схема стенда приведена на рис.18, а его внешний вид - на рис.19.
На лицевой панели стенда установлены 9 пар гнезд для подключения резисторов матриц. Если в пары гнезд RC, RE и RG установлены короткозамыкающие перемычки, а в пары гнезд RB, RD, RF и RHвставлены штепсели с резисторами соответственно 120, 60, 30 и 15 кОм, то реализуется матрица с весовыми резисторами (пары гнезд RA и RL при этом остаются свободными). Если же в пары гнезд RA, RB, RD, RF, RH и RL включены штепсели с резисторами по 30 кОм, а в пары гнезд RC, RE и RG по 15 кОм, то оказывается собранной резисторная матрица типа R-2R.
Схема ЦАП лабораторного стенда (рис.18) предельно упрощена. В ней отсутствуют источник опорного напряжения и электронные ключи, а коммутацию резисторов матриц осуществляет сам регистр счетчика DD1 (микросхема К155ИЕ7). В данном случае функции опорного напряжения выполняет напряжение уровня логической 1, и вывод резистора считается заземленным, когда на нем действует напряжение уровня логического 0.
При оценке работоспособности такой схемы необходимо иметь в виду следующее. Во-первых, разброс уровней напряжений соответствующий логическим 1 и 0 на разных выходах (Q0, Q1, Q2 и Q3) регистра. Во-вторых, отличие напряжения уровня логического 0 от истинного нуля. И то и другое не должно приводить к большому изменению выходного напряжения, чем половина шага его квантования. Такое требование может быть удовлетворено только в случае малого (не более 4) числа разрядов ЦАП, при котором шаг квантования достаточно велик.
Отметим также, что непосредственное подключение к выходам регистра счетчика светодиодных индикаторов (рис.18) приводит к падению напряжения уровня логической 1 и в результате уменьшению разброса этого уровня более чем в 1,5 раза. Таким образом, облегчается выполнение сформулированного выше требования.
ЦАП лабораторного стенда может работать с ручным управлением и в автоматическом режиме (переключатель SA1, рис.18). В первом случае, где с целью предупреждения влияния дребезга контактов кнопки SB2 используется RS-триггер с инверсными входами (DD2, микросхема К155ТМ2). На входе “+1” счетчика рабочий перепад уровней 0/1 действует при отпускании кнопки. Во втором случае счетные импульсы поступают с выхода мультивибратора (DD3, микросхема К155ЛАЗ). Частота следования импульсов может быть грубо изменена при помощи переключателя SA4 и плавно - резистора R2 (рис.18).
Для быстрого обнуления счетчика используется кнопка SB3 (его обнуление происходит при высоком уровне сигнала на входе R, рис.18).
Уровни напряжений (В или Н) на выходах Q0, Q1, Q2 и Q3 счетчика контролируются светодиодными индикаторами HL1-HL4. Для измерения величин напряжений на этих выходах и выходе резисторной матрицы имеются специальные гнезда (рис.18).
Задание 1.
Пользуясь схемами рис.2 - 6, докажите, что напряжение на выходе матрицы соответственно в 1, 2, 3, 4 и 5 раз больше уровня МЗР.
Задание 2.
Рассчитайте точность, которую должен иметь резистор старшего разряда в матрице с весовыми резисторами, если число разрядов равно 4, 6, 8 и 10.
Задание 3.
Нарисуйте схемы (аналогичные схеме рис.8), когда в правой позиции находятся только 4-й, 2-й или 1-й ключи (рис.7). Используя метод схем замещения, докажите, что в этих случаях выходное напряжение соответственно в 6, 12 и 24 раза меньше опорного.
Задание 4.
Рассчитайте на сколько процентов может отклоняться опорное напряжение от его среднего значения (коэффициент стабилизации) в 4-х и 10-и разрядных ЦАП с матрицами с весовыми резисторами и типа R-2R.
Задание 5.
Изучите схему лабораторного стенда (рис.18).
Задание 6.
Установите на выходе стабилизированного источника тока напряжение 5В. В правильной полярности подайте питание к стенду.
Внимание! При повышенном напряжении и неправильной полярности подключения источника тока микросхемы стенда выходят из строя!
Задание 7.
Проверьте работу счетчика DD1. Установите переключатель SA1 (рис.19) в положение, соответствующее ручному пуску. Нажав кнопку SB3, обнулите счетчик. Высокоомным вольтметром (выбрав нужный предел измерения) измерьте напряжение на выходах Q0, Q1, Q2 и Q3 счетчика. Полученные данные занесите в первую строку таблицы 1.
Таблица 1.
| Число входных импульсов. | Напряжение на выходах счетчика. | |||
| Q3 | Q2 | Q1 | Q0 | |
| ... |
Затем по одному разу нажимая и отпуская кнопку SB2, заполните все следующие строки этой таблицы.
Сопоставьте уровень сигнала, соответствующего половине шага квантования выходного напряжения, с разбросом данных для напряжения уровня логических 1 и 0, а также с величинами напряжений уровня логического 0.
Задание 8.
Проверьте работу ЦАП с матрицами с весовыми резисторами и типа R-2R. С этой целью после обнуления счетчика подавайте по одному импульсу на его вход и измеряйте напряжение на выходе матриц. Полученные данные занесите в таблицу 2.
Таблица 2.
| Число входных импульсов. | Матрица с весовыми резисторами. | Матрица типа R-2R. |
| Выходное напряжение | Выходное напряжение. | |
| … |
По данным таблицы 2 постройте 2 графика. Используя эти графики, оцените нелинейность ЦАП с первой и второй резисторными матрицами.
Задание 9.
Переключением SA1 установите автоматический режим работы ЦАП. Подайте сигнал с выхода стенда на осциллограф. Варьируя частоту следования импульсов (переключателем SA4) и изменяя частоту развертки осциллографа, получите устойчивую осциллограмму работы ЦАП (аналогичную приведенной на рис.18). Сопоставьте осциллограммы при использовании в ЦАП матриц с весовыми резисторами и типа R-2R (обе осциллограммы следует зарисовать).
Поочередно вынимая отдельные штепсели с резисторами (или коротко замыкающие перемычки) по осциллограмме пронаблюдайте изменения в работе стенда. По результатам наблюдений сделайте выводы.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ.
1. Каково назначение ЦАП?
- В чем заключается принцип действия ЦАП?
- Каковы основные параметры ЦАП?
- Из каких основных блоков состоит схема ЦАП?
- Какие функции в схеме ЦАП выполняет резисторная матрица?
- Что собой представляют электронные ключи и каково их назначение?
7. Какие требования предъявляются к источнику опорного напряжения?
8. Каковы недостатки матрицы с весовыми резисторами?
9. В чем заключаются достоинства матрицы типа R-2R?
|