Матрица R-2R: цифра превращается в напряжение

Резисторный ЦАП собирается всего из двух номиналов — R и 2R. Каждый следующий разряд весит вдвое меньше предыдущего, и выход равен U = U_оп · (b₃/2 + b₂/4 + b₁/8 + b₀/16). Здесь опорное 3,2 В и включены старший и второй разряды: U = 3,2·(1/2 + 1/8) = 2,0 В. Точность такого ЦАП определяется не точностью номиналов, а их совпадением между собой.

Что на схеме

Прочее

• an-dc — b3, 3.2 В
• an-dc — b2, 0 В
• an-dc — b1, 3.2 В
• an-dc — b0, 0 В
• an-resistor — r3, 20000 Ом
• an-resistor — r2, 20000 Ом
• an-resistor — r1, 20000 Ом
• an-resistor — r0, 20000 Ом
• an-resistor — rt, 20000 Ом
• an-resistor — l3, 10000 Ом
• an-resistor — l2, 10000 Ом
• an-resistor — l1, 10000 Ом
• an-voltmeter — pv
• an-gnd — gnd

Как соединено

Соединений на схеме: 18. Цепь считается от общей точки — земли: потенциалы всех узлов отсчитываются от неё. Направление тока задаёт полярность деталей, и у диода, электролита и транзистора она своя: перепутать выводы здесь значит получить другую схему, а не ту же самую наоборот.

Что попробовать

1. Прежде чем нажимать «Запустить», ответьте себе: Опорное 3,2 В, включены старший и второй разряды (1010). Что на выходе? Варианты: 1,6 В; 2,0 В; 3,0 В.
2. Запустите: на выходе 2 В при включённых разрядах 1010.
3. Включите младший разряд (поставьте его напряжение 3,2 В) — выход подрастёт на 3,2/16 = 0,2 В. Это и есть шаг квантования.
4. Поставьте все четыре разряда в 3,2 В: выход даст 15/16 опорного, то есть 3,0 В. Полной шкалы ЦАП не достигает никогда — старший код всегда на один шаг ниже.

Что модель считает, а что нет

Схема считается во времени: каждый шаг — двадцать микросекунд, и заряд конденсатора, ток в катушке и состояние перехода переходят из шага в шаг. Отсюда берутся кривая заряда, форма выпрямленного напряжения и пульсации после фильтра — их нельзя получить расчётом установившегося режима.

Полупроводники описаны уравнениями, а не таблицами: диод — формулой Шокли, биполярный транзистор — моделью Эберса-Молла с поправкой Эрли, полевой — квадратичной. Поэтому падение на диоде растёт с током, а режимы транзистора получаются сами, а не задаются. Не считаются нагрев деталей и его влияние на параметры, ёмкости переходов и всё, что происходит выше единиц мегагерц.

Смотрите также

• Закон Ома: ток, который можно посчитать заранее — Источник, резистор и амперметр — всё. Прежде чем нажимать «Запустить», посчитайте: двенадцать вольт делить на тысячу ом…
• Перегрузка: почему у резистора есть мощность — Тот же закон Ома, но резистор взят на сто ом. Ток вырос до 120 мА, и на четвертьваттном резисторе рассеивается полтора в…
• Последовательное соединение: сопротивления складываются — При последовательном включении через все резисторы идёт один и тот же ток, а напряжения на них складываются: R = R₁ + R₂…
• Параллельное соединение: складываются проводимости — При параллельном включении на всех резисторах одно напряжение, а токи складываются: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂. Для двух резистор…
• Смешанное соединение: считаем от дальнего конца — Схему разбирают с конца: сначала складывают параллельные ветви, потом последовательные. Здесь R₂ ∥ R₃ = 1000·1000/2000 =…
• Первый закон Кирхгофа: сколько втекло, столько и вытекло — В любом узле сумма втекающих токов равна сумме вытекающих: ΣI = 0. Здесь ток источника разветвляется на три: I = I₁ + I₂…

← Все примеры галереи