Электронные приборы и устройства Источники питания электронных устройств

Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

При использовании логических и цифровых устройств в системах автоматизированного управления возникает проблема связи их с различными электронными преобразователями входных сигналов и исполнительными механизмами, у которых в большинстве случаев информация представлена в аналоговой форме в виде различных уровней напряжения и тока. В этом случае для преобразования цифрового сигнала в аналоговый используют так называемый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), а для обратного преобразования – аналого-цифровой преобразователь (АЦП). ЦАП и АЦП выполняют в виде больших интегральных схем. Конструктивно ЦАП состоит из операционного усилителя (рис. 16.4 а), на вход которого с помощью электронных ключей (например, ключи на МОП-транзисторах), управляемых двоичным кодом, подключается матрица резисторов.

Рис. 16.4

Коэффициент передачи определяется по отношению . По входам 0, 1, 2, 3 коэффициенты передачи будут соответственно

 , (16.1)

где  –   – числа, принимающие значения 0 или 1 в зависимости от положения соответствующего ключа. Выходное напряжение ЦАП определяется по формуле

. (16.2)

Таким образом, двоичный код на входе ЦАП преобразуется на выходе в уровень напряжения .

Недостатками этой схемы ЦАП являются необходимость жестких требований к точности и стабильности сопротивлений матрицы, особенно старших разрядов, а также к качеству опорного напряжения  источника питания при различных нагрузках. Условное обозначение ЦАП показано на рис. 16.4 б.

Аналого-цифровой преобразователь состоит из цифрового автомата (ЦА) (рис. 16.5), который по сигналу, поступающему на его вход, вырабатывает последовательность соответствующих чисел в двоичном коде. Этот код подается на вход ЦАП, где формируется выходное напряжение , определяемое входными числами. Напряжение  подается на вход компаратора, где сравнивается с входным напряжением  Если напряжения  и  равны, то компаратор выдает сигнал, останавливающий работу цифрового автомата, и на его выходе в запоминающих буферных устройствах фиксируется соответствующий двоичный код.

Цифровой автомат представляет собой двоичный регистр (РГ), основное назначение которого – запись и хранение информации в двоичном коде. Основными элементами регистра являются триггеры. Их число определяется числом двоичных разрядов, на которое рассчитан регистр. Регистр суммирует импульсы от тактового генератора (ТГ). В выходном буферном устройстве (БУ) хранятся числа в двоичном коде, поступающие от регистра. Вся схема питается от источника стабилизированного напряжения (ИсН).


Рис. 16.5

Импульсы, поступающие от тактового генератора на вход регистра, переводят его разряды в код 1, начиная со старшего разряда. Если старший разряд имеет код 1, ЦАП выдает на выходе соответствующее напряжение, которое сравнивается в компараторе с входным напряжением. Если  и  больше , то старший регистр получает код 0, в противном случае остается 1. Далее код 1 появляется в следующем разряде и цикл повторяется до младшего разряда регистра. После этого АЦП готов к выдаче кода из регистра.

Основными характеристиками ЦАП и АЦП являются быстродействие, погрешность и динамический диапазон изменения входного напряжения для АЦП и выходного для ЦАП.

ЦАП и АЦП являются основным связующим звеном между ЭВМ и различными периферийными устройствами автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Принцип действия машины постоянного тока

      Рассмотрим работу машины постоянного тока на модели рис.11.2,

     где 1 - полюсы индуктора, 2 - якорь, 3 - проводники, 4 - контактные щетки.
     Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Очистим внешние поверхности проводников от изоляции и наложим на проводники неподвижные контактные щетки.
     Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами.
     Приведем якорь машины во вращение в направлении, указанном стрелкой.

     Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.

     На рис.11.2 крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками - ЭДС, направленные к нам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Для этого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одного полюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположной полярности (рис. 11.3)


Расчет неразветвленных магнитных цепей