чах с трансформаторным управлением (рис. 4.34, в), однако последние неперспективны для интегральной технологии. В ключах с попарно управляемыми транзисторами (рис. 4.34, г) возможна значительная компенсация ошибок, вызванных остаточными напряжениями замкнутых встречно включенных транзисторов. Для уменьшения погрешности, вносимой г, выгоднее использовать схемы с параллельно включенными транзисторами, но при этом возрастает составляющая ошибки за счет /р.

Особое значение для повышения точности имеют ие абсолютные величины паразитных параметров ключей, которые могут учитываться при расчете или регулировке ЦАП, а нестабильность, температурный и временной дрейфы этих параметров. Так, например, при инверсном включении температурный

1,® I,® / # 7 .,Ф

d,5r

0.5r

0j5r d,5r

Рис. 4.35. Схема токового ЦАП.

дрейф остаточного напряжения е составляет (3-5) мкВ/°С для германиевых и вдвое больше - для кремниевых транзисторов. Температурный дрейф остаточного тока /р для того же включения транзисторов составляет в среднем 10% на 1 G. Ввиду того, что германиевые транзисторы имеют /р и я (0,13...1,5)мкА, а кремниевые -/р я (0,01...0,001) мкА, применение германиевых ключей при больших отклонениях рабочих температур от нормальной в ряде схем ЦАП может дать значительные погрешности.

Наилучшие ожидаемые статические точностные характеристики схем ЦАП, выполненных на полупроводниковой электронике второго поколения (объемные транзисторы, резисторы и т.д.), оцениваются с точки зрения наилучших характеристик этих элементов. При постоянном входном напряжении t/o= 10 В, bUg = 0,005% и разрядных резисторах R = ЮкОм, 6R = = 10 2% некомпенсированные ключи при нормальной температуре имеют максимальную статическую ошибку преобразования порядка 0,05%, а компенсированные не выше 0,01%. Такую же ошибку обеспечивают ЦАП на интегральных прерывателях и микропленочных резисторных сетках. Использование интегральных ключей и микропленочных резисторов связано с уменьшением напряжения (t/o= 1,5...3,0 В) и с увеличением номиналов разрядных резисторов (R = 10 ... 20 кОм). Первое обстоятельство ограничивает минимально достижимую статическую ошибку, второе - быстродействие ЦАП. Поэтому перспективными яляются интегральные схемы ЦАП, использующие полупроводниковые диодные ключи и стабильные источники токов в сочетании с низкоомными (R = 0,5 кОм) резисторами.

ЦАП с переключением источников тока / и лестничной структурой разрядных ступеней имеет схему, изображенную на рис. 4.35. Считая источники входных токов If идеальными (г = оо) и токи Ij - /о = const, определяют величину выходного напряжения t/д, при R-oo. Так как каждая ступень

преобразования представляет для генератора тока / сопротивление нагрузки R. = - (j = 0, 1, , n-1), то соответствующее узловое напряжение

Лестничная структура преобразователя обеспечивает передачу напряжения Uj на выход схемы с коэффициентом передачи Kj = 2~~~K поэтому

Суммарное выходное напряжение при ~ °° изменяется по линейному за кону от кода N: .

/=п-1

/=n-1 (=0

Рассмотрим влияние первичных ошибок на точность работы ЦАП на примере k-u ступени (рис. 4.36). Считая, что все К/= О, кроме / = 1, можно определить

ошибки узлового напряжения AgUk, вносимые следующими параметрами схемы.

1. Конечными сопротивлениями г , г, Гр

Ввиду возможности использования в рассматриваемом

J-7[Kp~T\jTp ЦАП низкоомных разрядных резисторов R = (0,2...1,0) П Ч5л п П кОм, условия подбора ключей по параметрам г,

менее жесткие, чем в ЦАП с источником напряжения Uq.

2. Остаточным напряжением .

Рис. 4.36. Эквивалентная схема Ай ступени.

3. Остаточным током

бз Збз

(4.61)

В отношении влияния первичных ошибок bR

(4.62) токовый ЦАП

ничем не отличается от ЦАП с входным напряжением Uo< ввиду тождественности выражений для узловых напряжений 1/.

При выборе типа ключей для коммутации тока следует учесть одинаковую принципиальную пригодность как транзисторов, так и диодов. Например, насыщенная тракзисторная схема прерывателя тока на интегральном элементе ИП-1 (рис. 4.37, а) обеспечивает прохождение тока / и 10 мА и имеет ток отсечки между эмиттерами не более 100 мА при t = SO°C. Однако насы-

щенный режим не позволяет использовать схему в наносекуадном диапазоне. Транзисторные переключатели тока (рис. 4.37, б), работающие в активной области, пригодны для наносекундного диапазона, однако имеют более низкое отношение xW ... 10- и цепи управления у них связаны с цепью Р

сигнала, что приводит к дополнительным погрешностям.

Рис. 4.37. Токовые ключи:

а - интегральный прерыватель ИП-1; 6- ранзисторыый переключатель.

Диодные переключатели тока мостового типа (рис. 4.38, с) позволяют

коммутировать токи обоих направлений и имеют отношение и 10° ... 10.

Необходимость трансформаторной развязки цепей управления и сигнала приводит к снижению быстродействия ключа. Простейший двухдиодный. переключатель (рис. 4.38, б) обладает высокими статическими

Ь к 10) и

динамическими характеристиками, поэто-в наносекундных

му его предпочтительнее применять высокоточных токовых ЦАП.

Схема токового ЦАП содержит большее число элементов по сравнению с ЦАП с коммутацией входного напряжения Uq. Однако наличие отдельного генератора входного тока/ду для каждой ступени преобразователя позволяет скомпенсировать дрейфы резисторов за счет использования в генераторах тока тех же резисторов, что и в секции ЦАП. При использовании в Токовых ЦАП низкоомных разрядных резисторрв (/?< 150 Ом) и высокочастотных кремниевых диодных ключей время установления переходных процессов составляет не более десятка наносекунд.

Ч>Н-4<J-1

Рие. 4.38. Дибдные переключатели:

а - мостовой; б - двухднодный.

Анапого-цифровые преобразоватепи

Эти преобразователи являются автоматическими устройствами для измерения напряжения t/jc с представлением результата измерения в виде цифрового эквивалента - чаще всего двоичного кода Nx-

Процесс аналого-цифрового преобразования сводится к сравнению напряжения Ux с набором дискретных эталонных напряжений U, образующих

сетку уровней квантования U, и определения номера уровня s, обеспечивающего заданную ошибку = fж - £аю