Bölüm 10 D/A Çeviriciler

Transkript

1 Bölüm 10 /A Çeviriciler 10.1 AMAÇ 1. Bir dijital analog çeviricinin çalışma prensibinin anlaşılması.. AC0800 ün çalışma prensibinin anlaşılması.. AC0800 kullanarak tek kutuplu yada çift kutuplu çıkışların nasıl elde edileceğinin anlaşılması. 10. TEMEL KAVRAMLARN İNCELENMESİ ijital analog çeviriciler(ac yada /A çeviriciler), iletilen datada bulunan, bir ortamda saklanan yada hesaplama sonuçlarındaki dijital bilgilerin tekrar analog işarete çevrilmesinde kullanılır. Kontrol, bilgi görüntüleme yada daha başka analog işlemler için, analog işaretlere ihtiyaç duyulabilir. AC Çalışma Prensibi Kısaca, /A çeviriciler, dış dünya ile haberleşen dijital sistemler için gerekli cihazlardır. Bir AC, dijital giriş işaretlerini analog çıkış gerilimlerine yada akımlarına çeviren yapıdır. bitlik bir AC ın şematik sembolü Fig. 10-1(a) da gösterilmiştir. igital input 1 0 (a) AC Analog put V or 1 0 V 1 0 V (b) Fig bit AC. (a) Şematik sembol, (b) oğruluk tablosu. 10-1

2 ,, 1 ve 0 dijital girişleri genellikle bir dijital sistemin register çıkışı tarafından sürülürler. Fig. 10-1(b), -bitlik AC yapısının doğruluk tablosunu göstermektedir. Her binary giriş kelimesi, tek ve ayrık bir analog çıkış değeri üretir. Çıkışta yani 16 tane farklı gerilim değeri üretilir. Sıfır seviyesi, bu 16 seviyeden biridir. Çıkış, girişle bire bir uyumludur. V ref R F MSB. igital input. LSB igitally controlled switches.. Resistor network OP Analog voltage put Analog current put Fig. 10- AC blok diyagramı. Fig. 10-, AC blok diyagramını göstermektedir. AC, çok düzgün bir referans gerilim kaynağı, dijital olarak kontrol edilen anahtarlar, direnç bloğu ve bir OP AMP yapısına sahiptir. irenç bloğundaki her direnç, dijital olarak kontrol edilen bir anahtara bağlıdır. irenç bu anahtar vasıtasıyla V ref referans gerilimine bağlıdır. irencin bir diğer ucu da OP AMP ın toplama noktasına bağlıdır. ijital giriş durumları, anahtarların durumlarını belirlerler. OP AMP, AC çıkış akımı değerini çıkış gerilimi V değerine çevirir. irenç bloğu, AC yapısının ana konfigürasyonudur. İki yaygın tipi vardır; ağırlıklı-direnç bloğu ve R-R ladder direnç bloğudur. Ağırlıklı - direnç metodu şu şekilde düşünülebilir. Her toplam direncin değeri, seri anahtarları harekete geçiren dijital bit ağırlığı ile ters orantılıdır. Ağırlıklı-direnç tekniği, basitlik ve yüksek hız gibi avantajlara sahiptir. Yüksek çözünürlüklü AC tasarımlarının uygulanmasında karşılaşılan zorluk, uzun bir direnç dizisine ve yüksek değerli dirençlere ihtiyaç duyulmasıdır. Yüksek değerli dirençler, hem sıcaklıktan kaynaklanan karasızlıklara hem de anahtarlama hızında problemlere sebep olur. Eğer dirençler tümleşik devre(c) biçiminde üretilmiş olsa idi, böyle bir dizi toplam olarak pratik olmayacaktı. R-R ladder metodunun avantajı sadece iki direnç değerine (R ve R) ihtiyaç duyulmasıdır. olayısıyla, eşleşme(matching) ve ayarlama(trimming) kolaylığı söz konusudur. 10-

3 R =R R C =R R B =R R A =R V ref R C R R B A V = R ref C B = C= B= C A A = B R R R R R Fig bit R-R Ladder AC yapısı. Fig. 10-, bitlik R-R ladder AC devresini göstermektedir. irenç bloğu, seri kola bağlı R ve paralel kola bağlı R dirençlerinden oluşmaktadır. R-R ladder konfigürasyonunun gözlemlenmesi şunu ortaya çıkarmaktadır; A, B, C, ve noktalarının herhangi birinden sağa doğru bakıldığında R direnci görülmektedir. Bu nedenle, ladder konfigürasyonuna girilen referans girişi R direnç değerine sahiptir. Bu özelliğe göre, çıkış akımı şu şekilde elde edilebilir; = Vref / R = / C = / = / B A = = C B / / = /8 = /16 = + C + B + A = ,, 1, ve 0 ın değerleri anahtarların konumlarına göre ya 1 yada 0 olabilir. 10-

4 Giriş Ağırlığı Bir AC için, her bir dijital giriş kendi ağırlığına sahiptir. Bu ağırlık, bit 1 olduğu zamanki analog çıkış değeridir. Fig. 10-1(a) da ki -bit AC devresini düşünelim. Eğer, 0 =1, 1 = = =0 ise 1V analog çıkış değeri 0 ın ağrılığıdır. Benzer olarak, 1, ve ün ağırlıkları sırası ile V, V ve 8V dur. Sonuç bir analog çıkış elde etmek için, basit olarak bu ağırlıklar toplanır. Örnek olarak, 0111 dijital giriş için analog çıkış gerilimi V, ++1=7V olmalıdır. Çözünürlük ve Adım Aralığı AC çözünürlüğü, dijital giriş bir birim değiştiği zaman analog çıkıştaki en küçük değişim olarak tanımlanır. Genellikle bir LSB ağırlığı kadardır. Fig. 10-1(b) ye göre her bir dijital girişteki bir birimlik artış, V da 1V luk bir analog değer artışına sebep olur. olayısıyla, bu AC ın çözünürlüğü 1V dur. Clock -bit counter 1 0 A C resolution 1V V FS 15V 10V 0V V V 5V V Resolution=Step Value=1V Fig. 10- Merdiven rampalı AC. Time Çözünürlük, diğer bir deyişle adım aralığı yada adım ağırlığı olarak da anılmaktadır. Fig. 10- de gösterilen -bit lik merdiven rampalı AC devresini düşünelim. Girişteki her birim artış, çıkışta 1V luk bir gerilim artışı oluşturmaktadır. Adım ağırlığı olarak adlandırılan, çıkıştaki adımlar arasındaki fark, tam olarak 1V dur. 10-

5 AC0800 ijital-analog Çevirici AC 0800, pahalı olmayan monolitik 8-bit lik bir AC dır. Bu AC, referans gerilim kaynağı, R-R ladder ve tranzistör anahtarlar içermektedir. Fig. 10-5, AC0800 ün pin konfigürasyonunu göstermektedir. Threshold Control V LC 1 16 Compensation COMPENSATON 15 Vref (-) -V 1 Vref (+) 1 +V B B8 0 B B7 1 B B6 B 8 9 B5 Fig AC0800 pin konfigürasyonu. AC0800 ün güç kaynağı gereksinimi, ±.5 V dan ±18 V a kadar olan gerilimlerdir. ±5 V C güç kaynağı ve 85ns. oturma süresi için mw lık güç tüketimi söz konusudur. (pin ) ve (pin ) tamamlayıcı akım çıkışları ile AC0800, tek kutup yada çift kutup çıkışlı olarak kullanılabilir. Fig. 10-6, AC0800 ve µa71 kullanılarak gerçekleştirilen tek kutup gerilim çıkışlı AC devresini göstermektedir. V ref (-), R direnci üzerinden toprağa bağlanmıştır. Pozitif referans kaynağı +5V, R 1 direnci üzerinden V ref (+) ya uygulanmıştır. olayısıyla, R 1 direnci üzerinden akan ref referans akımı şu şekilde bulunabilir; Vref ref = (10-1) R 1 Çıkış akımı, Vref (10-) R

6 -1V +1V C 1 C 0.1 µ F 0.01 µ F C 0.1 F µ R.7 k ref V ref +5V R 1.7 k R.7 k MSB AC LSB V V 6 V igital input Fig AC0800 tek kutup gerilim çıkışlı devre., çeviricinin çıkışından akan akım olup bu akım daha sonra µa71 ile çıkış gerilimine çevrilir. V çıkış gerilimi şu şekilde belirlenebilir; V = R (10-) Fig de çift kutup(bipolar) gerilim çıkışlı AC0800 devresi gösterilmiştir. pini, toprağa bağlanmak yerine, Fig da gösterildiği gibi µa71 in evirici olmayan girişine bağlanır. Bu nedenle, µa71 in çıkış gerilimi şu şekilde hesaplanabilir; V = ( ) R (10-) ve tamamlayıcı akım çıkışlarıdır. Tanıma göre, tüm akım skalası = + şeklinde ifade edilebilir. FS = (10-5) FS 10-6

7 -1V +1V C 1 C 0.1 µ F 0.01 µ F C 0.1 F µ R.7 k ref V ref +5V R 1.7 k R.7 k MSB AC LSB R.7 k +5V V 6 V igital input Fig AC0800 çift kutup gerilim çıkışlı devre. (10-5) denklemini, (10-) denkleminde yerine koyarsak aşağıdaki eşitliği elde ederiz. V = R R (10-6) FS 10. GEREKLİ EKİPMANLAR 1. KL-9001 Modülü. KL-9001 Modülü. MM 10. ENEYLER VE KAYTLAR eney 10-1 AC0800 Tek Kutup Gerilim Çıkışlı evre 1. AC0800 tek kutup gerilim çıkışlı dijital-analog çevirici devreyi KL-9001 modülü üzerine yerleştiriniz. AC0800 (pin ) çıkışını, µa71 girişine(pin ) bağlamak için J1 e bağlantı konnektörünü bağlayınız.. Adım aralığını hesaplayın ve Tablo 10-1 e kaydedin.. 0 dan 7 ye kadar olan anahtarları pozisyonlarını doğrulamak için ayarlayın. ( 0 =GN, 1 =+5V). (10-) ve (10-) denklemlerini kullanarak çıkış akımı ve V çıkış gerilimini hesaplayınız. Tablo 10-1 e kaydediniz. 10-7

8 5. J1 den bağlantı konnektörünü çıkartınız. AC0800 ve µa71 arasına MM akım ölçeri bağlayarak değerini ölçünüz. Sonucu Tablo 10-1 e kaydediniz. 6. MM yi kaldırın ve J1 e bağlantı konnektörünü tekrar bağlayın. MM voltmetresini kullanarak µa71 çıkış(o/p) gerilimi V değerini ölçün. Sonucu Tablo 10-1 e kaydedin. 7. Tablo 10-1 de sıralanan dijital kodları izleyin, 7 den 0 a kadar olan anahtarları değiştirin. 5. ve 6. adımları sırasıyla tekrarlayın. Sonuçları Tablo 10-1 e kaydedin. eney 10- AC0800 Çift Kutup Gerilim Çıkışlı evre 1. AC0800 çift kutup gerilim çıkışlı dijital-analog çevirici devreyi KL-9001 modülü üzerine yerleştiriniz. J1 ve J ye bağlantı konnektörünü bağlayınız.. Adım aralığını hesaplayın ve Tablo 10- ye kaydedin.. 0 dan 7 ye kadar olan anahtarları pozisyonlarını doğrulamak için ayarlayın. ( 0 =GN, 1 =+5V). (10-) ve (10-6) denklemlerini kullanarak V çıkış gerilimini hesaplayınız. Tablo 10- ye kaydediniz. 5. MM kullanarak V çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 10- ye kaydedin. 6. J1 den bağlantı konnektörünü kaldırın. J1 e MM bağlayarak çıkış akımı değerini ölçün ve sonucu Tablo 10- ye kaydedin. 7. J den bağlantı konnektörünü çıkarıp J1 e bağlayın. J ye MM bağlayarak çıkış akımını ölçün. Sonucu Tablo 10- ye kaydedin değerini hesaplayın ve sonucu Tablo 10- ye kaydedin. 9. Tablo 10- de sıralanan dijital kodları izleyin, 7 den 0 a kadar olan anahtarları değiştirin. 5. ve 8. adımları sırasıyla tekrarlayın. Sonuçları Tablo 10- ye kaydedin. 10-8

9 Tablo 10-1 Adım eğeri= ijital Giriş Analog Çıkış Hesaplanan Ölçülen Hesaplanan Ölçülen V Gerilim(V) Akım(mA) 10-9

10 Tablo 10- Adım eğeri= ijital Giriş Analog Çıkış Hesaplanan Ölçülen eğer V V Gerilim(V) Akım(mA) 10.5 SORULAR 1. Fig da, eğer dijital girişler ise bit ağırlığı ile çıkış gerilimini hesaplayınız.. Adım aralığı yada çıkış aralığı bakış açısından, tek kutup ve çift kutup yapılarını karşılaştırınız.. Tablo 10- deki sonuçlara göre, ve arasındaki ilişkiyi yorumlayınız