ЦАП с внутренними источниками тока
ЦАП с внутренними источниками тока
Для повышения точности и быстродействия применяют схемы с использованием источников тока на биполярных транзисторах. Принцип построения ЦАП на внутренних источниках тока иллюстрируется схемой на рисунке а. Структура ЦАП содержит резистивный делитель типа R-2R, разрядные ключи S0…Sn и управляемые ОУ источники равных токов на транзисторах VT0…VТn.
Упрощенная схема ЦАП на внутренних источниках тока а
При данном методе преобразования входной двоичный код управляет включением источников, генерирующих токи, в соответствии с их весовыми коэффициентами. Эти токи суммируются, и суммарный ток либо непосредственно используется в качестве выходного, либо преобразуется в напряжение посредством операционного усилителя. Масштабные токи формируются при помощи транзисторов и набора масштабных резисторов соответствующих номиналов.
Упрощенная схема ЦАП на дифференциальных усилителях б В большинстве преобразователей этого типа источники тока фактически все время включены, а их выходные токи коммутируются в зависимости от значения входного кода на общий провод или на выходную шину. Это обеспечивает повышенную точность, а ключи легко реализуются на биполярных или полевых транзисторах В схеме ЦАП источники тока промасштабированы с помощью резисторной цепной схемы R-2R. Площади эмиттерных переходов транзисторов соотносятся, как показаны цифры на рисунке, что позволяет обеспечить постоянную плотность эмиттерных токов. Операционный усилитель с транзистором VTОП формируют опорное напряжение для смещения источников тока, задавая соответствующее значение UБЭ. Стабильное положительное напряжение UОП можно получить от внутреннего либо от внешнего источника. Это напряжение используется для получения коллекторного тока транзистора VTОП, равного IК = UОП/R0, и, следовательно, стабильного напряжения на эмиттере относительно U. Транзисторы VT0…VTN, которые обеспечивают необходимые двоично-взвешенные токи, получают требуемое напряжение смещения за свет того, что потенциал базы выше потенциала эмиттера на величину UБЭ.
Поскольку нагрузка на источники тока, состоящая из сопротивлений открытых ключей S0…SN и сопротивлений резистивного делителя R-2R со стороны узловых цепей, не влияет на значение тока, то погрешность в формировании выходного тока IВЫХ как суммы разрядных значений зависит только от точности изготовления делителя R-2R.
Применение такого ЦАП в режиме преобразования однополярного напряжения сопровождается подключением потенциометра R1, обеспечивающего регулировку масштаба. Вывод ЦАП по току подключается к инвертирующему входу ОУ с обратной связью, работающего в режиме преобразования тока в напряжение.
Включение ЦАП в режиме преобразования однополярного напряжения
Для нормальной работы ЦАП необходимо, чтобы транзисторы в электронных ключах работали либо в режиме глубокого насыщения, либо в режиме глубокой отсечки. Временная задержка, связанная с выводом транзисторов из режима насыщения, часто определяет верхний предел быстродействия ЦАП.
В качестве переключателей тока часто используют биполярные дифференциальные каскады, в которых транзисторы работают не в ключевом, а в активном режиме (ненасыщенные ключи). Это позволяет сократить время установления выходного сигнала до единиц наносекунд.