tartalom
· Digitális-analóg konverter (DAC)
· Digitális-analóg átalakító működése
· A digitális-analóg átalakító elektromos jele
· A digitális-analóg átalakítók típusai
· Digitális-analóg konverter alkalmazásai
· A digitális-analóg konverter (DAC) előnyei és hátrányai
Digitális-analóg átalakító (DAC)
A digitális-analóg konverter egy olyan elektronikus eszköz, amely átalakítási műveletet végez. Ahogy a neve is sugallja, a digitális bemeneti jelet analóg kimeneti jellé alakítja. A digitális jelek, például a digitalizált zene analóg hangokká alakíthatók digitális-analóg konverter segítségével. Ez az adatátalakítók egyik fajtája.
A digitális-analóg konverter más néven DAC, d konverter, dac konverter, D/A konverter stb. Az analóg-digitális konverter (ADC) a fordított műveletet végzi. A DAC szinte minden alkalommal szükséges az áramkörben, amikor csak szükség van rá ADC.
Ismerje meg az analóg-digitális átalakítót!
Digitális-analóg konverter működése
A digitális-analóg konverter egy olyan berendezés, amely digitális-analóg konvertálásra szolgál. A digitális jel az időben diszkrét és az amplitúdó jelében diszkrét. Ugyanakkor az analóg jelet időfolytonos és folyamatos amplitúdójú jelként határozzuk meg. A DAC egy fixpontos bináris számot (absztrakt megfelelő precíziós számot) rejtett el egy fizikai mérésben.
A az átalakítás több lépésből áll benne. Egy tipikus digitális-analóg konverter az absztrakt adatokat koncepcionális impulzussorozatokká alakítja. Ezután a sorozatot egy rekonstrukciós szűrő segítségével dolgozzák fel.
Egy digitális-analóg átalakító a Nyquist-Shannon mintavételi tételen alapul. Kimondja, hogy – egy bemeneti jel visszaállítható a mintavételezett kimenetéből, ha a mintavételezési gyakoriság kétszer nagyobb vagy egyenlő, mint a bemeneti jelben jelen lévő legmagasabb frekvenciájú komponens.
A digitális-analóg konverter teljesítményének mérésére számos paraméter létezik. A kimenő jel sávszélessége, a jel/zaj arány néhány paraméter.
A DAC elektromos szimbóluma
Az alábbi szimbólum egy digitális-analóg átalakítót jelöl.
A digitális-analóg konverterek típusai
A digitális bemeneti bitek analóg jelekké való átalakítása különböző folyamatokkal valósítható meg. Beszéljünk néhány típusról –
A. DAC a súlyozott ellenállások módszerével
Kezdjük egy 4 bites digitális számmal. Átalakítjuk analógra. Legyen a digitális szám – B3B2B1B0
A decimális ekvivalens: – N = 23B3+22B2+21B2+20B0
Itt B3 a legjelentősebb számjegy (MSB), míg a B0 a legkisebb jelentőségű számjegy (LSB). Az itt található áramkör úgy működik, hogy a bitpozíciók szerint súlyozott analóg kimeneti jelet állít elő, és összeadja azokat.
Az áramkörben logikai feszültségek, amelyek a bináris bemenetet képviselik, kapcsolók segítségével kapcsolódnak a megfelelő ellenállásokra. Az áramkörök ellenállásai (kivéve az R visszacsatoló ellenállástf) súlyozottan kapcsoljuk össze úgy, hogy az egymást követő arány 2 legyen. Vagyis – R0 / R1 = R1 / R2 = R2 / R3 = 2. Az ellenállások szintén fordítottan arányosak a megfelelő bináris bit numerikus jelentőségével.
Ha a bináris bit nulla (0), a kapcsoló BE van kapcsolva, és a földeléshez kapcsolódik. Ha a bináris bit egy (1), a vezérlő zárva van és a V referenciafeszültségre van csatlakoztatvaR.
Az i áram, amely a nem invertáló terminálra kerül, a következő:
i = VR * (B3 / R3 +B2 / R2 +B1 / R1 +B0 / R0 )
Az R értékeinek behelyettesítése0, R1, R2, R3 kapunk -
i = (VR / R) * (23B3+22B2+21B2+20B0 )
Mivel G virtuális test, a v kimeneti feszültségo =
Vo = -i * Rf = – ( VR / R ) * Rf * (23B3+22B2+21B2+20B0 )
Most már megfigyelhetjük, hogy a kimeneti feszültség arányos a számértékével bináris számjegyek.
A DAC pontossága függ az ellenállások arányától és attól, hogy képesek-e követni egymást, ha a hőmérséklet változik.
Az ilyen típusú digitális-analóg átalakítóknak van néhány hátránya. Ha a bináris bemenet nagyszámú bitből áll, akkor az átalakító felépítéséhez az ellenállások széles skálája szükséges. Az R-2R létra típusú konverter kiküszöböli ezt a hátrányt.
B. R – 2R létra típusú DAC
Az ellenállások létrája egy bináris szót analóggá alakíthat. Az ilyen típusú DAC-ok R – 2R létra típusú konverterekként ismertek.
Az áramkör működésének megértéséhez tegyük fel, hogy a B0 kapocs a VR-hez van kötve, a többi kapocs (B1, B2, B3) pedig a földhöz van kötve. Az így kapott ábra az áramkörben látható -
Alkalmazzuk Thevenin tételét a földre vonatkozó a0, a1, a2, a3 csomópontokra. Megkapjuk a Thevenin ekvivalens áramkörét, amelyet az alábbi tanfolyamon mutatunk be –
Az egyenértékű forrás VR/16 feszültségű sorba kapcsolva 3R ellenállással.
Ismét, ha a B1 kapocs csatlakozik a Vr-hez és a B0, B2, B3 kapcsok a földhöz vannak kötve, akkor Thevenin tételét alkalmazva is kimutatható, hogy a forrás VR /8 feszültsége sorba van kapcsolva 3R ellenállással.
Hasonlóképpen, ha a B2-t a VR-hez csatlakoztatjuk, és a nyugalmi bemeneteket a földhöz kötjük, azt tapasztaljuk, hogy a Thevenin ekvivalens áramkörének VR / 4 forrásfeszültsége van sorosan 3R ellenállással.
Ugyanez vonatkozik a B3 VR kapcsolatára. Az egyenértékű áramkör a forrásfeszültséget VR / 2-ként, a soros ellenállást pedig 3R-ként adja meg.
A szuperpozíció elve alapján kapott i áram –
i = ( Vr / 3R ) * ( B0/16 + B1/8 + B2/4 + B3/2 )
Mivel G virtuális test, a v kimeneti feszültségo =
Vo = -i * Rf = – ( VR / R ) * Rf * (B0 / 23 + B1 / 22 + B2 / 21 + B3 / 20 )
Az egyenlet így jön:
Vo = -i * Rf = – ( VR / 48R ) * Rf * (23B3+22B2+21B2+20B0 )
Itt és most észrevehetjük, hogy a kimenő feszültség arányos a bináris számjegyek számértékével. Ez az áramkör könnyen konvertálhat nagy bináris számjegyeket, mivel könnyen bővíthető. Csak további kapcsolókat és extra ellenállásokat kell hozzáadnunk a létrához.
A digitális-analóg konverter egyik alapvető tulajdonsága, hogy az áramkör legkisebb változása határozza meg a felbontását.
A digitális-analóg konverter alkalmazásai
A modern korban nagy az igény a digitalizált adatok iránt. Éppen ezért egyre nagyobb az igény az analóg-digitális átalakítók iránt. De szem előtt kell tartanunk, hogy mindennapi életünkben analóg jeleket használunk, és a világ analóg. Tehát, amikor szükségünk van egy analóg-digitális átalakítóra, szükségünk van egy digitális-analóg átalakítóra. Mind a DAC-k, mind az ADC-k járultak hozzá leginkább a digitális forradalomhoz.
Vegyünk egy valós példát, hogy megértsük szükségüket. Fontolja meg a telefonhívást. Először a hívó beszélni kezd. A beszéd analóg jel, amelyet analóg-digitális konverter vagy ADC segítségével digitális jellé alakítanak át. Amikor a digitalizált jelet a vevő végére továbbítják, ismét analóg jellé kell alakítani; ellenkező esetben a fogadó nem fogja megérteni a küldött adatokat. Itt egy digitális-analóg átalakító szolgálja a célt.
Hangfeldolgozás:
A zenét és más hanganyagokat a digitalizáció mai korában digitalizált formátumban tárolják. Ha hangszóróban vagy fejhallgatóban kell hallanunk őket, akkor a digitalizált formát analóg jellé kell alakítani. Ezért a DAC minden olyan eszközben megtalálható, amely képes zenét lejátszani, mint például MP3 zenelejátszó, DVD lejátszó, CD lejátszó, laptopok, mobiltelefonok stb.
A csúcskategóriás hi-fi rendszerek speciális, önálló DAC-okat használnak. Hasonló DAC-ok találhatók a modern digitális hangszórókban, például USB hangszórókban, hangkártyákban stb.
Az IP-alapú hangkommunikációban a forrás digitalizálva van. Ezért DAC-ra van szükség ahhoz, hogy a digitalizált részt analóg jellé alakítsuk át.
Videokódolás:
A videokódoló rendszer videojelet dolgoz fel, és digitális jeleket küld az IC-knek.
Digitális kijelző:
A grafikus vezérlő általában egy keresőtáblát használ az analóg kimenetekre küldött jelek, például RGB jelek generálására a kijelző meghajtására.
Kalibráció:
A digitális-analóg átalakító dinamikus típusok kalibrálására képes, hogy növelje a tesztrendszer pontosságát.
Motor vezérlése:
A digitális-analóg átalakítókat olyan motorvezérlő berendezésekben is használják, ahol feszültségvezérlő jelre van szükség.
A DAC-okat adatelosztó rendszerekben, digitális potenciométerben, szoftverrádióban és sok más helyen is használják.
A digitális-analóg konverter (DAC) előnyei és hátrányai
A DAC előnyei
Amint azt korábban említettük, a digitális-analóg konverter ugyanolyan fontos, mint az analóg-digitális konverter, túl sok pontot kell megvitatni. Minden elektromos és elektronikus eszköznek megvannak a maga előnyei és hátrányai. Ez alól a DAC sem kivétel. Néhány előnye:
- A nagy digitális – bináris bemenetek könnyen analóg formájúvá alakíthatók.
- Az egyik leggyorsabb átalakítási módszer.
- Egyszerű áramkörök megvalósíthatók.
A DAC hátrányai
- Az áramkörök drágák műveleti erősítők.
- Néhány hiba, mint például – erősítési hiba, eltolási hiba, a nemlinearitást általában az áramkörben alkalmazott ellenállás okozza.
- Nagy az energiaeloszlás.
