Аналого-цифровой преобразователь

1. Собрать схему простейшего параллельного двухразрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП), показанную на рис. 1. Такие АЦП часто используются при обнаружении импульсных сигналов, так как для обнаружения такого сигнала большое число разрядов не требуется. В АЦП используются 3 компаратора (UCOMP) с включенными на их выходах повторителями логических сигналов, комбинационная схема — шифратор (CD), источник опорного напряжения Е₀, и три прецизионных резистора, с сопротивлениями 1 кОм. Шифратор CD выполнен в виде подсхемы.

Шаг квантования равен D = 55N мВ для группы 1 и D = 45N мВ для группы 2. Шаг квантования в схеме устанавливается выбором опорного напряжения Е₀.

2. Шифратор CD с тремя входами и двумя выходами проектируется с помощью логического преобразователя (Logic Converter) программы EWB. Предварительно необходимо записать две логические функции для младшего и старшего разряда шины данных в совершенной нормальной дизъюнктивной форме. Логическое отрицание переменной вводится одновременным нажатием клавиш Shift и стрелка вправо. Логические функции после оптимизации необходимо конвертировать в схему шифратора. Выделяя входы и выходы шифратора преобразовать его в подсхему и включить в состав АЦП.

3. Подключая к входу АЦП генератор треугольных импульсов с очень низкой частотой 0,1 Гц и амплитудой положительных импульсов, несколько превышающей Е₀ (при этом параметры: Amplitude > Е₀/2, Offset > Е₀/2), убедиться в правильной работе АЦП, наблюдая последовательную смену показаний семисегментного индикатора, изменение логических уровней на выходе АЦП и согласованные изменения входного сигнала.

Примечание. По умолчанию в программе EWB установлено слишком большое значение параметра Input offset voltage компаратора, равное 0,7 В. При таком напряжении смещения компаратора АЦП работает неправильно. Для обеспечения правильной работы АЦП установите напряжение Input offset voltageкомпаратора равным нулю.

4. Включить на входе АЦП источник постоянного напряжения. Увеличивая (от нуля) напряжение на входе АЦП, получить зависимость кода на выходе от входного напряжения. Проверить величину шага квантования D и найти максимальное входное напряжение U_max = (2²- 1)D АЦП. Занести в таблицу увеличивающиеся по величине двоичные коды и соответствующие им входные напряжения. Построить ступенчатый график зависимости выходного кода от входного напряжения.

5*. Подключить на входе АЦП генератор гармонического сигнала с амплитудой, превышающей Е₀. Увеличивая частоту колебаний, получить сбои в работе АЦП. Найти частоты, при которых возникают сбои в показаниях семисегментного индикатора, сбои в выходных данных и сбои в работе компараторов. Оценить быстродействие АЦП,

Используя генератор положительных треугольных импульсов, оценить при какой скорости нарастания входного сигнала возникают сбои в работе АЦП.

Определить, какой из элементов АЦП вносит основной вклад в снижение его быстродействия.

Изменяя параметры повторителей (или шифратора), добиться того, чтобы повторители (шифратор) определяли быстродействие АЦП.

6*. Исключить из схемы АЦП повторители уровней. Что изменилось в работе схемы?

7*. Включить в схему АЦП вместо компараторов операционные усилители (ОУ). Добиться правильного функционирования схемы АЦП при использовании ОУ. Оценить быстродействие АЦП с ОУ.