Convertire digitală la analog

Convertor sau Decodor audio digital la analog - Ce sa aleg? (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Convertire digitală la analog

Circuite digitale


Intrebarea 1

Dacă un semnal modulat cu impulsuri (PWM) este trimis către un circuit integrat pasiv de la un circuit capabil de curent și curent de scufundare (ca în cazul stadiului de ieșire dual-MOSFET), ieșirea va fi o tensiune DC (cu unele ripple):

Determinați relația dintre ciclul de funcționare al semnalului PWM și tensiunea de ieșire DC de către integrator. Ce sugerează acest lucru despre PWM ca mijloc de comunicare a informațiilor, cum ar fi datele analoge de la un dispozitiv de măsurare "# 1"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Există o relație direct proporțională între ciclul de funcționare și tensiunea de ieșire DC în acest circuit, ceea ce face posibil ca un semnal PWM să reprezinte date analoge.

Următoarea întrebare # 1: De ce este important ca circuitul care generează semnalul PWM pentru integrator să fie capabil atât să sursă, cât și să scadă curentul?

Următoarea întrebare # 2: Ce ar trebui făcut pentru a reduce tensiunea de rupere la ieșirea integratorului?

Note:

Deși nu ar trebui să fie dificil pentru studenți să discernă relația dintre ciclul de funcționare și tensiunea de ieșire DC, aplicarea acestei relații la comunicarea de date ar putea fi dificilă pentru unii studenți, în special pe cont propriu. Este posibilă o elaborare suplimentară din partea dvs.

Un exemplu excelent al acestui principiu aplicat este generarea unei tensiuni analogice printr-un circuit digital pe 1 biti. Această tehnică este utilă în sistemele de microcontrolere în care porturile de ieșire pot fi rare, cu condiția ca tensiunea de rupere (sau răspunsul lent) să nu fie o problemă.

intrebarea 2

Explicați-vă ce scop al unui convertor digital-analogic, sau al circuitului DAC, în cuvintele voastre.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Definiția cea mai de bază pentru acest dispozitiv ar trebui să fie evidentă: un circuit care are o intrare digitală și creează o ieșire analogică. Ceea ce caut, totuși, este ceva puțin mai puțin evident. Cu propriile cuvinte, explicați ce înseamnă pentru un circuit să aibă o "intrare digitală" și o "ieșire analogică". Puteți da un exemplu de astfel de circuit dacă vi se pare mai ușor să răspundeți la întrebare în context.

Note:

Sursele informaționale abundă pe care elevii dvs. le pot cerceta. Asigurați-vă că le cereți să răspundă în mod specific, explicând ce înseamnă pentru un circuit să aibă o "intrare digitală" și o "ieșire analogică".

Întrebarea 3

Explicați modul în care ar trebui să funcționeze acest convertor digital-analogic (DAC)

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Vă las să vă dați seama de funcționarea acestui circuit pe cont propriu!

Note:

Această întrebare este o revizuire bună a teoriei op-amp, în special pentru studenții care ar putea să nu fi studiat amplificatoarele operaționale într-un timp.

Întrebarea 4

Un tip de rețea rezistor cunoscută sub numele de o scară R-2R este adesea utilizat în circuitele de conversie digitală-analogică:

Când toate comutatoarele din scara R-2R se află în poziția "sol", rețeaua are o proprietate foarte interesantă, indiferent de mărimea acesteia. Analizați rezistența echivalentului Thévenin (după cum se vede din terminalul de ieșire) a următoarelor rețele de scară R-2R, apoi comentați cu privire la rezultatele pe care le obțineți:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ați crezut sincer că voi face toată munca pentru dvs. și vă voi da răspunsul "notele ascunse"> Note:

Răspunsul nu este dificil de obținut dacă utilizați fiecare rezistență echivalentă Thévenin pentru a modela porțiunea din stânga a fiecărei rețele de scări R-2R succesive, deoarece acestea devin mai complexe! Acei elevi care nu iau acest pas de rezolvare a problemelor sunt condamnați pentru a efectua o mulțime de calcule în serie-paralele!

Întrebarea 5

Atunci când este activat numai cel mai semnificativ bit (MSB) al unei rețele de rezistență a scării R-2R (toți ceilalți biți inactivi, întrerupătoarele lor conectând la sol), tensiunea de ieșire va fi aceeași, indiferent de câte biți are rețeaua:

Explicați de ce această mărime a tensiunii de ieșire este independentă de numărul de biți (secțiuni) din rețeaua de scări R-2R.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V out = V ref


2

Note:

Cheia înțelegerii răspunsului este de a aplica teorema lui Thévenin în secțiunile "inactive" ale rețelei. Aici, proprietatea unică a impedanței constante de ieșire pentru o rețea R-2R oferă o caracteristică utilă atunci când este aplicată circuitelor DAC.

Întrebarea 6

Teorema lui Thévenin este un instrument puternic pentru analizarea rețelelor de scări R-2R. Luați, de exemplu, această rețea cu patru secțiuni în care se activează "bitul" cel mai important, în timp ce toți ceilalți "biți" sunt inactivi (trecuți la sol):

Dacă am Thévenize toate secțiunile din stânga secțiunii activate, înlocuind-o cu o singură rezistență la sol, vom vedea că rețeaua devine mult mai simplă:

Explicați modul în care putem aplica teorema lui Thévenin încă o dată în secțiunea umbrită a acestui circuit următor (simplificată de la circuitul anterior prezentat mai sus) pentru ao simplifica și mai mult, obținând un rezultat final pentru V out :

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Odată ce ajungeți la acest punct, rezolvarea pentru V în ceea ce privește V ref este trivială:

Note:

Elevii nu s-ar putea să-și dea seama că este valabil să aplicăm iterativ teorema lui Thévenin la soluția unei probleme de circuit. Puteți, și acesta este un bun exemplu de cum (și de ce!) Ar trebui să o faceți.

Întrebarea 7

Determinați ieșirea de tensiune de către următoarea rețea de scări R-2R, date fiind stările comutatoarelor prezentate în tabel:


SW 0SW 1SW 2SW 3V out


SolSolSolV ref


SolSolV refSol


SolV refSolSol


V refSolSolSol


SolSolSolSol


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul


SW 0SW 1SW 2SW 3V out


SolSolSolV ref8 volți


SolSolV refSol4 volți


SolV refSolSol2 volți


V refSolSolSol1 volt


SolSolSolSol0 volți


Următoarea întrebare: faptul că o rețea rezistoare R-2R este în mod inerent liniară, putem aplica cu ușurință teorema suprapunerii pentru a afla ce se întâmplă atunci când mai mult de un întrerupător este mutat în poziția ref . Explicați modul în care aplicați suprapunerea pentru a determina toate tensiunile de ieșire pentru toate combinațiile posibile de poziții ale comutatoarelor.

Note:

După cum puteți vedea, valoarea tensiunii de referință de 16 volți nu a fost aleasă la întâmplare! Voiam ca elevii să vadă modelul între închideri cu întrerupătoare unice și greutăți binare pentru un număr de patru biți. Analizele electrice actuale pentru fiecare condiție se accelerează cel mai bine prin aplicarea teoremei lui Thévenin repetată la circuit, secțiunile de condensare la rezistențe unice și surse de tensiune până la obținerea unui circuit simplu de divizare a tensiunii la borna de ieșire.

Următoarea întrebare este foarte importantă. Asigurați-vă că vă întrebați elevii despre asta, deoarece deține cheia pentru a afla toate valorile tensiunii de ieșire pentru toate posibilitățile de intrare binare.

Întrebarea 8

Explicați de ce circuitele DAC bazate pe rețelele de scări R-2R sunt mai populare decât rețelele rezistorului cântărite binar. Fie unul va funcționa bine dacă este proiectat și construit corespunzător, deci de ce ar fi un produs mai larg fabricat "# 8"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

Răspunsul la această întrebare are legătură cu prioritățile de afaceri și de producție. Doar pentru că două modele funcționează la fel de bine în teorie, nu înseamnă că sunt la fel de ușor de produs în masă!

Note:

Este important pentru elevii dvs. să înțeleagă principiile și practicile de bază ale afacerii, pentru că în această arenă competențele lor tehnice vor găsi cel mai probabil provocări și valori. Această întrebare este o modalitate prin care elevii dvs. să se gândească la aspectele reale legate de viața reală, care depășesc principiile de bază ale teoriei electrice.

Întrebarea 9

Explicați ce este un potențiometru digital și dați un exemplu de potențiometru digital în formă integrat (IC).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Analog Devices fabrică un potențiometru digital cu 64 de poziții, de exemplu, cu numărul de comandă AD5227. Acesta nu este singurul potențiometru digital în producție!

Următoarea întrebare: ați clasifica un potențiometru digital ca ADC (convertor analog-digital) sau ca DAC (convertor digital-analogic)?

Note:

Rar este potențiometrul digital menționat în manualele introductive ca un dispozitiv de conversie digital-analogic, dar este!

Întrebarea 10

Ce se înțelege prin rezoluția cuvântului referitor la un ADC sau un DAC? De ce este importantă rezoluția pentru noi și cum se poate calcula pentru un anumit circuit cunoașterea numărului de biți binari?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezoluția fie a unui convertor digital-analogic (DAC), fie a unui convertor analog-digital (ADC) este măsura cât de fină este ieșirea acestuia între pașii discrete și binar. De exemplu, un DAC pe 8 biți cu o tensiune de ieșire de la 0 la 10 volți va avea o rezoluție de 39, 22 mV.

Note:

Rețineți că nu am sugerat cum să calculez rezoluția unui CAD sau a unui ADC, tocmai am dat răspunsul pentru un anumit exemplu. Scopul aici este ca studenții să "lucreze în mod inductiv" din exemplul meu la o declarație matematică generală despre rezolvare.

Există de fapt două moduri diferite de a calcula rezoluția, în funcție de domeniul real al circuitului convertorului. Pentru răspunsul dat, am presupus că o valoare digitală de 0x00 = 0.00 volți DC și că o valoare digitală de 0xFF = 10.00 volți DC. În cazul în care un student ar trebui să calculeze rezoluția pentru un circuit în care 0xFF a generat o tensiune de ieșire doar timid de 10, 00 volți DC (de exemplu, o rețea de scară R-2R unde V ref = 10 volți DC și o intrare binară la scară largă generează o tensiune de ieșire doar cu un pas mai mic decât V ref ), răspunsul corect pentru rezoluție ar fi 39, 06 mV.

Este posibil să doriți să prezentați astfel de exemple practice de rezoluție ca diferența dintre un multimetru digital portabil și un multimetru digital de laborator. Numărul de cifre de pe ecran este un indiciu sigur pentru o diferență substanțială în rezoluția ADC.

Întrebarea 11

Acest circuit digital convertizor analogic (DAC) are o intrare binară pe patru biți (bornele de intrare A până la D) și o convertește la o tensiune analogică (V out ). Prezintă modul în care funcționarea acestui circuit va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Comutatorul bidirecțional U 1 nu funcționează deschis:
Zenerul diode eșuat:
Conductor de legătură (scurt) trecut rezistor R 1 :
Rezistor R 6 nu funcționează deschis:
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Comutatorul bidirecțional U 1 nu reușește să se deschidă: V la fel pentru toate condițiile de intrare impare, deoarece este pentru următoarea condiție de intrare cea mai joasă (de exemplu, valoarea de intrare 5 dă aceeași ieșire ca valoarea de intrare de 4).
Zenerul diode nu este scurtat: V out este aproape zero volți pentru orice condiție de intrare.
Zona de lipire (scurtă) a rezistenței R 1 : V out este saturate pozitiv pentru orice condiție de intrare apreciată.
Rezistorul R 6 nu este deschis: V este întotdeauna saturat.

Următoarea întrebare # 1: este săgeata care arată curentul diodei zener trase în direcția fluxului de electroni sau a fluxului convențional "note ascunse"> Note:

Întrebările de acest gen ajută elevii să-și îmbunătățească abilitățile de depanare, forțându-i să gândească prin consecințele fiecărei posibilități. Acesta este un pas esențial în depanare și necesită o înțelegere fermă a funcției circuitului.

Întrebarea 12

Următorul circuit generează o tensiune de ieșire analogică proporțională cu valoarea intrării binare, utilizând modulația pulsului (PWM) ca format interimar. Un contor binar pe 8 biți ( CTR ) continuă să conteze în direcția üp ", în timp ce un comparator de magnitudine pe 8 biți ( CMP ) verifică când valoarea de intrare binară pe 8 biți se potrivește cu valoarea de ieșire a contorului. Poarta AND și invertorul pur și simplu împiedică blocarea SR să fie "setată" și "resetată" simultan (când atât A cât și B sunt maxime, ambele la o valoare hexagonală de $ FF), ceea ce ar face ca ieșirea să fie "nevalidă" S și ​​R au fost atât active, cât și imprevizibile, atunci când ambele intrări S și R s-au reîntors în stările lor inactive:

Explicați modul în care funcționează acest circuit folosind diagrame de temporizare dacă este necesar pentru a afișa semnalul PWM la (Q) pentru diferite valori de intrare.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Iată o schemă de sincronizare pentru a vă ajuta să începeți un răspuns complet:

Vă voi lăsa să explicați relația dintre valoarea de intrare (A), ciclul de funcționare PWM și tensiunea de ieșire analogică.

Note:

Acest circuit oferă studenților un exercițiu interesant în analiza temporizării, precum și un mijloc simplu de conversie a valorilor binare mari în tensiuni de ieșire analogice fără a recurge la utilizarea rețelelor de rezistori mari .

Întrebarea 13

Acesta este un circuit de reglare a turației motorului setat digital, utilizând PWM pentru a modula puterea motorului. Prezintă modul în care funcționarea acestui circuit va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Ieșirea DAC nu reușește (ieșire = 0 volți DC):
Ieșirea DAC nu reușește mare (ieșire = + V):
IGBT Q 1 nu se deschide (colector la emițător):
Podul de lipire (scurt) dintre intrarea MSB pe U 1 și sol:
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ieșirea DAC nu reușește (ieșire = 0 volți DC): motorul nu va funcționa.
Ieșirea DAC nu reușește să fie ridicată (ieșire = + V): Motorul funcționează tot timpul.
IGBT Q 1 nu se deschide (colector față de emițător): Motorul nu va funcționa.
Podul de lipire (scurt) între intrarea MSB pe U 1 și masă: Vitezele 0 până la 127 funcționează normal, dar viteze de la 128 la 255 doar dublează viteze 0 până la 127, respectiv.

Note:

Întrebările de acest gen ajută elevii să-și îmbunătățească abilitățile de depanare, forțându-i să gândească prin consecințele fiecărei posibilități. Acesta este un pas esențial în depanare și necesită o înțelegere fermă a funcției circuitului.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →