Bộ chuyển đổi số sang tương tự

Chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự bằng cách sử dụng điện trở có trọng số nhị phân.

Bộ chuyển đổi số sang tương tự

1. Chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự bằng cách sử dụng điện trở có trọng số nhị phân

Bộ chuyển đổi số sang tương tự sử dụng điện trở có trọng số nhị phân được hiển thị trong hình bên dưới. Trong mạch, op-amp được kết nối ở chế độ đảo ngược. Op-amp cũng có thể được kết nối ở chế độ không đảo. Sơ đồ mạch đại diện cho một bộ chuyển đổi số nhị phân 4 bit.

Bộ chuyển đổi 4 bit sẽ có 16 đầu ra. Do đó, 16 đầu ra tương ứng đại diện cho các đầu vào nhị phân.

Mạch sử dụng bốn công tắc từ b0 đến b3 để mô phỏng các đầu vào nhị phân: trong thực tế, có thể được sử dụng bộ đếm nhị phân 4 bit như 7493.

Nguyên lí hoạt động của mạch

- b0 đóng

Nó sẽ được kết nối trực tiếp với nguồn +5V. Do đó, điện áp trên R = 5V ,dòng điện qua R = 5V/10k = 0,5mA

Dòng điện qua điện trở phản hồi Rf = 0,5mA (Vì dòng điện phân cực đầu vào không đáng kể)

Do đó, điện áp đầu ra = - (1kohm) * (0,5mA) = -0,5V

-b1 đóng, b0 mở

R/2 sẽ được kết nối với nguồn cung cấp + 5V. Dòng điện qua R sẽ gấp đôi giá trị của dòng điện (1mA) để chảy qua Rf. Do đó, điện áp đầu ra cũng tăng gấp đôi.

-b0 và b1 đóng

Dòng đi qua qua Rf = 1,5mA

Điện áp đầu ra = - (1k)*(1.5mA) = -1.5V

Do đó, theo vị trí (BẬT / TẮT) của các công tắc (bo-b3), các dòng điện có trọng số nhị phân có giá trị nhị phân tương ứng sẽ được lấy trong điện trở đầu vào. Dòng điện qua Rf sẽ là tổng của các dòng điện này. Dòng điện tổng thể này sẽ được chuyển đổi thành điện áp đầu ra tỷ lệ với nó. Đầu ra sẽ đạt giá trị cực đại nếu các công tắc (b0-b3) được đóng lại.

V0 = -Rf * ([b0/R][b1/(R/2)][b2/(R/4)][b3/(R/8)]) - trong đó mỗi đầu vào b3, b2, b1 và b0 có thể ở mức cao (+ 5V) hoặc thấp (0V).

Biểu đồ với các đầu ra tương tự so với các kết hợp đầu vào được biểu diễn bên dưới.

Ngõ ra là dạng sóng bậc thang với 15 bước, mỗi bước biểu diễn cho giá trị 5V. Trong thực tế, do sự thay đổi của các mức điện áp logic cao, tất cả các bước sẽ không có cùng kích thước. Giá trị của điện trở phản hồi Rf thay đổi kích thước của các bước. Do đó, kích thước mong muốn cho một bước có thể đạt được bằng cách mắc với điện trở phản hồi thích hợp. Điều duy nhất cần chú ý là điện áp đầu ra tối đa không được vượt quá mức bão hòa của op-amp để có được đầu ra chính xác.

Tuy nhiên đối với mạch này, không sử dụng được cho các đầu ra lớn hơn 16 với sô lượng ngõ vào lớn hơn 4.

2. Chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự sử dụng điện trở R và 2R

Bộ chuyển đổi số sang tương tụ sử dụng điện trở R và 2R được hiển thị trong hình bên dưới. Giống như phương pháp điện trở có trọng số nhị phân, các đầu vào nhị phân được mô phỏng bởi các công tắc (b0-b3) và đầu ra tỷ lệ thuận với các đầu vào nhị phân. Đầu vào nhị phân có thể ở trạng thái cao (+ 5V) hoặc thấp (0V). Đặt b3 với bit cao +5V và tất cả các công tắc khác nối đất.

Theo nguyên lý Thevenin