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Esercitazione di laboratorio di Elettronica - Realizzazione di un DAC a resistori pesati

elettronica


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Istituto Tecnico Commerciale e per Geometri e Industriale

"Buonarroti"

Guspini

Esercitazione di laboratorio di Elettronica

Anno scolastico 2006/2007

Alunno                                                                              Classe:  5° Ind

Progetto: Realizzazione di un DAC a resistori pesati

Data di inizio: 11 gennaio 2007                             Data di consegna: 25 gennaio 07




Materiale:

LM741

IN- = ingresso invertente

IN+ = ingresso non invertente

OUT = uscita

-VCC, +VCC = alimentazione

OFFSET 1, OFFSET 2, N.C. = piedini non utilizzati in questa prova di laboratorio

  La Bread-Board o basetta sperimentale

Il resistore è un componente elettrico d 313j98d i enorme importanza per le sue innumerevoli applicazioni sia in apparecchiature elettriche che elettroniche. I resistori sono a volte utilizzati per convertire energia elettrica in energia termica.

Le resistenze: le resistenze che noi abbiamo usato sono state scelte con un criterio ben preciso che determina il fatto che a partire dalla più piccola alla più grande tutte dovrebbero essere doppio della precedente, ma per ovvi motivi relativi ai valori presenti in commercio i valori non sono proprio l'uno il doppio dell'altro ma valori che si avvicinano:  6.7, 11.9,26.7e 46.7.                                  I valori infatti tendono ad indicare il doppio della precedente resistenza ma con un serio margine di errore.

1.           Analisi del problema

a)   obiettivi:Realizzare un convertitore digitale analogico a resistori pesati

descrizione: Il circuito è composto da una rete di resistenze, da un convertitore cor-rente/tensione realizzato con un amplificatore operazionale e da alcuni deviatori. I deviatori sono utili nel nostro caso per descrivere il comportamento del circuito. Nella realtà al posto dei deviatori c'è una rete digitale che fornisce in uscita i livelli di tensione alti e bassi (corrispondenti ai valori logici 1 e 0).

Il numero di resistenze e di deviatori è pari al numero di bit del DAC. Il deviatore consente di collegare la resistenza a massa se il bit vale 0 o al potenziale di riferimento Vr se il bit vale 1. Di conseguenza in ogni resi-stenza c'è un passaggio di corrente soltanto se il bit associato vale 1 in modo da avere una differenza di potenziale pari a Vr ai capi della stessa resistenza. In caso di bit 0 i due morsetti della resistenza sono a massa e quindi non ci può essere passaggio di corrente.

La corrente che circola in ogni resistenza deve essere tale da dare ad ogni bit il proprio peso in funzione della sua posizione, secondo il principio della conversione. Il valore della corrente deve essere maggiore per il bit più significativo (MSB) per poi diminuire per i bit meno significativi. Si procede dunque collegando al MSB la resistenza minore e raddoppiandone il valore per il bit successivo fino al LSB per il quale la resistenza è 2n-1 volte maggiore rispetto alla prima.

Nel nostro casso però la situazione è stata alterata dal mancato corretto funzionamento degli switch che hanno compromesso la regolare esecuzione della esercitazione è ci siamo visti costretti ad operare mediante uno swithc rudimentale dove ad ogni misura collegavamo la resistenza desidera a massa in modo da avere la combinazione desiderata desiderata.

Formule:

Cenni Teorici:

Il Digital (to) Analog Converter (DAC), in italiano Convertitore digitale-analogico, è un componente elettronico in grado di produrre una determinata differenza di potenziale in funzione di un valore numerico che viene caricato; ad esempio, ad un valore pari ad 1 corrisponderà una tensione di uscita di 0,1 V, ad un valore di 2 avremo 0,2 V e così via. La tabella di conversione dal valore digitale a quello analogico prende il nome di LUT (Look-Up Table) e può avere caratteristiche proporzionali (come nel precedente esempio), o può seguire un andamento del tutto arbitrario, a seconda del suo impiego.

Una larga diffusione ad uso domestico dei DAC si ha nei riproduttori digitali di suoni, nel controllo dell'apertura del diaframma nelle macchine fotografiche, nei controlli digitali (volume, luminosità) dei televisori e in tutte quelle situazioni nelle quali un'informazione numerica deve controllare una grandezza di tipo analogico.

Le caratteristiche del DAC hanno più o meno rilevanza a seconda dell'impiego; ad esempio la risoluzione è estremamente importante per le misure di precisione e la riproduzione di brani musicali ad alta fedeltà, e la qualità sarà tanto più alta, quanto maggiore sarà la grandezza massima riproducibile sul suo ingresso digitale. Si va dagli 8 bit (256 livelli di tensione) dei DAC più semplici (telecomandi ecc...), ai 12 bit per i controlli di precisione (strumenti di misura, multimetri, oscilloscopi), ai 16 bit per i riproduttori musicali ad alta fedeltà (16 bit permettono di riprodurre una dinamica di 96 dB), fino ad arrivare al DVD che, con i suoi 24 bit di risoluzione, consente una dinamica teorica di ben 144 dB.

All'aumentare della risoluzione, però, corrisponde un maggior numero di elaborazioni per ottenere la tensione d'uscita; in altre parole, più è elevata la risoluzione del DAC e più la sua elaborazione ne risulterà rallentata. Pertanto, la scelta della risoluzione dovrà obbligatoriamente tenere conto della velocità del dispositivo impiegato, rispetto all'utilizzo al quale è destinato.

Il grafico che dovrebbe essere ricavato in maniera corretta dovrebbe essere il seguente:

Ma questa scena capita di rado poiché la possibilità che il grafico ricavato da queste misure sia pari questo è nulla a causa delle condizioni del circuito stesso o del contesto.

Questo tipo di convertitore può, quindi, seguire un segnale di ingresso continuamente variabile,

che in un'arco di tempo maggiore al nostro potrebbe esser pari a questo riportato:

Valore Binario

Valore In V

0

0

0

0

0,056

0

0

0

1

0,864

0

0

1

0

1,732

0

0

1

1

2,1

0

1

0

0

3,156

0

1

0

1

4,5

0



1

1

0

4,851

0

1

1

1

5,025

1

0

0

0

5,963

1

0

0

1

6,25

1

0

1

0

6,85

1

0

1

1

7,122

1

1

0

0

7,546

1

1

0

1

8,015

1

1

1

0

8,045

1

1

1

1

8,525

Dati:                    Grafico:

questo è in fine il grafico ricavato dai nostri dati, si può notare come sia irregolare la retta che porta al raggiungimento di un valore massimo.







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