- •Воронеж 2014
- •Введение
- •Основные сведения из физики твердого тела
- •1.2. Терминология и основные понятия
- •1.3. Статистика электронов и дырок в полупроводниках
- •1.3.1. Распределение квантовых состояний в зонах
- •1.3.2. Концентрация носителей заряда и положение уровня Ферми
- •1.4. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике
- •1.5. Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике
- •1.6. Определение положения уровня Ферми
- •1.7. Проводимость полупроводников
- •1.8. Токи в полупроводниках
- •1.9. Неравновесные носители
- •1.10. Уравнение непрерывности
- •2. Электронные устройства систем промышленной электроники
- •Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи Принцип аналого-цифрового преобразования
- •Принцип действия цифро-аналогового преобразования
- •Компараторы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Твердотельная электроника
- •В авторской редакции
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи Принцип аналого-цифрового преобразования
В большинстве случаев, в системах контроля входными данными являются аналоговые данные, т.е. сигналы, непрерывно меняющиеся во времени. Для того, чтобы обрабатывать такой сигнал с помощью цифровой ЭВМ применяются АЦП. В преобразовании из аналоговой формы в цифровую можно выделить три основных процесса: 1) дискретизация; 2) квантование; 3) кодирование; Рассмотрим эти процессы.
1) дискретизация -из непрерывного во времени сигнала выбираются отдельные момента времени. Интервал Т- тактовый интервал времени, а момент t0,t1,t2 и т.д.- тактовые моменты времени. Частота, с которой следуют тактовые моменты времени - это частота дискретизации. Чем больше частота дискретизации, тем меньше интервал времени и тем точнее можно восстановить исходный сигнал. 2) квантование и кодирование- сетка величин, называемых уровнями квантования, сдвинутых относительно друг друга на величину d (шаг квантования). Уровнем квантования приписываются порядковые номера. Затем полученные в результате дискретизации значения входного аналогового напряжения заменяются ближайшими к ним уровнями квантования. Чем меньше шаг квантования, тем точнее можно восстановить исходный сигнал. Процесс кодирования - округленные значения номеров, полученные в результате квантования заменяются двоичными значениями. В результате преобразования возникает так называемый шум квантования. Уменьшения этого шума достигается уменьшением шага квантования и частоты дискретизации.
Принцип действия цифро-аналогового преобразования
Схема с суммированием напряжений Триггера с 1-ого по n-ый образуют регистр, в который записывается число в двоичной форме. Это число преобразуется в непрерывный аналоговый сигнал. Напряжение с выходов триггера передаётся на вход ЦАП через ОУ, который работает в режиме суммирования напряжений. Для каждого триггера, сигнал с которого идёт на аналоговый сумматор (ОУ), справедливо выражение:
Таким образом, напряжение с выхода триггера n-ого разряда поступает на выход усилителя с коэффициентом передачи; Если в состоянии 1 находятся триггеры нескольких разрядов, то напряжение на выходе ОУ равно сумме напряжений, передаваемых на выход ЦАП от отдельных разрядов двоичного числа в регистре: Uвых.=E*Rn*an+E*Rn-1*an-1+…+E*R1*a1; где N-число в регистре, записанное в 10 с/с; Е-напряжение источника питания. Рассмотрим работу ЦАП на примере двоичного счётчика. эти значения подаются на регистр: Согласно формуле для комбинации 00 -> R=0 и Uвых=0 (участок 1). При комбинации 01 : (участок 2). При комбинации 10: (участок 3). При 11: (участок 4). Недостатки данной схемы: 1. Используются высокочастотные резисторы с различными значениями сопротивлений. 2. Трудно обеспечить высокую точность выходного напряжения на триггерах. Данные недостатки устраняются следующей схемой. Для трёхразрядного числа она выглядит так:
Первый недостаток устранён за счёт того, что используются резисторы только двух номиналов R и 2R, причём большой точности для них не требуется. Второй недостаток предыдущей схемы за счёт того, что на выход подаётся не сигнал с триггеров, а сигнал с электронных коммутаторов К1, К2, К3, триггеры служат для управления этими коммутаторами, т.е. нет необходимости изготавливать триггеры с точными значениями напряжения на выходе. Схема работает следующим образом: Допустим на вход подаётся сигнал 100. Тогда схема будит скоммутирована следующим образом: В результате преобразований мы получили схему номер 3 и Uвых=Е/3, для общего случая A3=Е/3. Аналогично 0(а3)1(а2)0(а1) А2= Е/3; 001 А2=Е/3. Когда 1 более чем в одном разряде, то
Ключевые устройства.
Ключ работает следующим образом: когда триггер установлен в единицу, на VT1 подаётся 1 и он открывается; на VT2 подаётся 0-он закрыт. В итоге на выходе -Е(уровень 1). Когда триггер находится в 0 VT2 открыт, VT1 закрыт. На выходе 0.