Цифро-аналоговий перетворювач: опис, принцип роботи, застосування.

Аналогові сигнали характеризуються багатьма технічними параметрами, одним з яких є частота коливань. Наприклад, вухо людини чує сигнали, що мають частоту в діапазоні від 1 до 22 кГц, а видиме світло містить частоти, вимірювані мільярдами герц. Прикладом записи аналогового сигналу може служити грамофонна пластинка. Фотографії, спочатку чорно-білі, а, потім, і кольорові - теж приклад запису аналогового сигналу.

Цифро-аналоговий перетворювач практично завжди стоїть після аналого-цифрового перетворювача (АЦП), про який корисно сказати кілька слів, щоб була зрозуміліше завдання, яке вирішують розглядаються нами пристрою.

АЦП перетворює аналоговий сигнал в цифровий. Зазвичай число, яке відповідає величині сигналу в момент його вимірювання, представляють двійковим кодом. Кожен вимір виконують з певною частотою, званої частотою квантування.

Теоретично обгрунтовано мінімальна частота квантування, що забезпечує неспотворене відновлення сигналу. Цей сигнал без спотворення і повинен відновити на виході перетворювач цифрового сигналу в аналоговий. Частота квантування повинна бути не менше двох максимальних частот перетворюваного сигналу. Наприклад, для неспотвореного перетворення звукового сигналу достатньо частоти квантування, рівної 44 кГц.

Тепер зрозуміло, що цифро-аналоговий перетворювач має на вході послідовність двійкових кодів, який він і повинен перетворити у відповідний аналоговий сигнал.

Надійність у роботі і термін служби також входять в показники, але ці параметри залежать не від принципу роботи ЦАП, а, скоріше, від елементної бази і якості збірки. Незалежно від принципу перетворення, цифро-аналогові перетворювачі розрізняють за характеристиками, таким як динамічний діапазон, точність перетворення і за тимчасовими показниками.

Динамічний діапазон визначають для входу і виходу ЦАП, як відношення максимальної величини на вході (на виході), до мінімальної вхідний (вихідний) величиною.

Одним з часових параметрів є величина, зворотна частоті квантування, звана періодом квантування. Зрозуміло, що для ЦАП цю величину задає АЦП, за допомогою якого сигнал був перетворений.

Основною ж величиною, що характеризує швидкодію ЦАП, є час перетворення. Тут доводиться вибирати: більший час перетворення - більш точний ЦАП, але менше його швидкодію, і навпаки.

Розглянемо деякі принципи перетворення «цифра-аналог», не наводячи формул і схем. Існує два принципи перетворення - послідовний і паралельний.

Послідовність цифрових кодів на вході цифро-аналоговий перетворювач перетворює в послідовність прямокутних імпульсів на виході. Ширину імпульсу і наступний за ним інтервал до чергового імпульсу визначають залежно від значення надійшов двійкового коду. Отже, на виході низькочастотного фільтра отримують аналоговий сигнал, по імпульсах, що надходять на вхід зі змінним періодом.

Паралельне перетворення виконують, наприклад, за допомогою опорів, включених паралельно до стабільного джерела живлення. Кількість опорів одно розрядності надходить на вхід коду. Величина опору в старшому розряді в 2 рази менше, ніж у попередньому молодшому розряді. У ланцюзі кожного опору є ключ. Вхідний код управляє ключами - там, де 1, струм проходить. Отже, в ланцюгах струм буде визначатися вагою розряду, і цифро-аналоговий перетворювач на виході має сумарний струм, який буде відповідати записаному бінарного коду.