EL CONVERTIDOR DIGITAL ANALÓGICO

 

OBJETIVO:
Al implementar esta práctica el alumno deberá aprender el funcionamiento de un Convertidor Digital Analógico (D/A), se pretende practicar la forma en que se pueden efectuar conversiones digitales analógicas usando el circuito integrado DAC0800, al mismo tiempo se espera que el usuario pueda mejorar el desarrollo del diseño propuesto de esta práctica.
 

Ø      Teoría básica de los Convertidores Digitales Analógicos.

Ø      Aplicaciones de los Convertidores Digitales Analógicos.
 

Ø      Características Básicas de los Convertidores.
 

Ø      Tipos de Convertidores.
 

Ø      Tabla de calibración.
 

Ø      Calibración del Convertidor DAC.

 

TEORIA BASICA DE CONVERTIDORES DIGITALES ANALÓGICOS

 

INTRODUCCIÓN:
En la mayoría de los sistemas electrónicos resulta conveniente efectuar las funciones de regulación y control automático de sistemas mediante técnicas digitales, sin embargo en muchos de los casos la señal disponible normalmente es analógica, ya que son muchos los transductores que poseen su salida eléctrica analógica, correspondiente a la magnitud medida, como pueden ser las señales de audio, de vIdeo, los puentes de medición, las celdas extensiométricas, los termopáres, etc, esto obliga a tener que efectuar una conversión analógica digital, las señales digitales minimizan además la distorsión producida por las imperfecciones del sistema de transmisión, por otro lado puede ser necesario actuar analógicamente sobre un controlador ó algún elemento de control final, ó se debe efectuar una representación analógica sobre un registrador, un monitor, papel, etc. lo que obliga a realizar la conversión inversa, digital analógica, se hace necesario disponer de elementos capaces de efectuar esta conversión en uno u otro sentido, con características de velocidad y precisión adecuadas a cada caso.

 

 

 

 

LOS CONVERTIDORES DIGITALES ANALÓGICOS

 

DEFINICIÓN:
"Un convertidor Digital/Analógico (DAC), es un elemento que recibe información de entrada digital, en forma de una palabra de "n" bits y la transforma a señal analógica, cada una de las combinaciones binarias de entrada es convertida en niveles lógicos de tensión de salida".

Un convertidor digital analógico transfiere información expresada en forma digital a una forma analógica, para ubicar la función de este dispositivo conviene recordar que un sistema combina y relaciona diversos subsistemas que trabajan diferentes tipos de información analógica, como son; magnitudes eléctricas, mecánicas, etc,.. lo mismo que un micrófono, un graficador, o un motor y estos deberán interactuar con subsistemas que trabajan con informaciones digitales, como una computadora, un sistema lógico, un sistema con microprocesador, con microcontrolador o con algún indicador numérico.

 

 

 

 


 

APLICACIONES DE LOS DAC’S

 

Las aplicaciones más significativas del DAC son;

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS CONVERTIDORES:

Las características básicas que definen un convertidor digital analógico son en primer lugar, su resolución que depende del número de bits de entrada del convertidor, otra característica básica es la posibilidad de conversión unipolar ó bipolar, una tercera característica la constituye el código utilizado en la información de entrada, generalmente los convertidores digitales analógicos operan con el código binario natural ó con el decimal codificado en binario (BCD), el tiempo de conversión es otra característica que definen al convertidor necesario para una aplicación determinada, y se define como el tiempo que necesita para efectuar el máximo cambio de su tensión con un error mínimo en su resolución, otras características que definen al convertidor son; su tensión de referencia, que puede ser interna o externa, si es externa puede ser variada entre ciertos márgenes, la tensión de salida vendrá afectada por este factor, constituyéndose éste a través de un convertidor multiplicador, así mismo deberá tenerse en cuenta, la tensión de alimentación, el margen de temperatura y su tecnología interna.

 

TIPOS DE CONVERTIDORES:

Cualquier convertidor digital analógico, debe proporcionar una salida analógica proporcional a la magnitud expresada por la entrada digital.

Vsal = (constante proporcional) (palabra digital)

La salida analógica puede ser voltaje ó corriente, la entrada digital puede ser cualquier código digital, el código mas común es el binario, aunque puede usarse otro código cualquiera.

Convertidores de resistencias ponderadas:
El sistema de numeración decimal emplea 10 dígitos (0, 1 2, ...9) y notación posicional, es decir, su posición indica el peso de la potencia a la que se eleva la base, por ejemplo:  en el sistema binario, similarmente se obtendría:

Generalizando lo anterior, puede expresarse la entrada digital, de la siguiente forma, para cualquier número de "n" dígitos binarios:

Palabra Digital = . Cuando la información de entrada del convertidor D/A viene dada en código binario natural, la tensión de salida debe verificarse con la ecuación .

En donde los coeficientes an pueden ser ceros o unos y constituyen los "n" bits de la palabra de entrada, esta operación puede efectuarse mediante un sumador con "n" entradas cuyos pesos sean precisamente las "n" potencias de 2, en la siguiente figura se muestra el principio de conversión D/A de resistencias ponderadas

El Convertidor A/D de Resistencias Ponderadas

La tensión de salida esta dada por la ecuación que sigue:

Para un buen resultado se exige que los niveles lógicos de los "n" bits de entrada "an" sean idénticos, ya que su valor afecta el valor de la salida, en los convertidores D/A la información binaria de entrada es utilizada para conmutar "n" fuentes de corriente obtenidas a partir de una tensión de referencia, la tensión de salida Vsal, se verifica con la ecuación siguiente:

Los valores lógicos de los an pueden ser a = "1" y a = "0" por lo tanto: .

La tensión de salida esta en función de la tensión de referencia y del valor de las resistencias empleadas para obtener las "n" corrientes aplicadas al sumador, cuando el código utilizado es el BCD, las entradas estarán dispuestas en grupos de cuatro, con pesos relativos a la proporción 1, 2, 4, 8 que en este caso la tensión de salida debe ser:  

RED DE RESISTENCIAS PONDERADAS EN BCD
CON RESISTOR INTER-ETAPA

El Convertidor A/D de Resistencias Ponderadas de Código BCD

Cada grupo dispone de una resistencia inter-etapa en serie Rs, de tal forma que los pesos relativos de cada grupo sean; 1, ,,, etc,.. Rs en la segunda década debe verificar la ecuación que sigue: .

Donde Rp es el valor de las 4 resistencias de cada grupo en paralelo, de ahí que el valor de Rs sea igual a: .

Para la tercera década deberá verificarse que

De ahí se obtiene el valor Rs = 105.6 R

Desventajas de los convertidores de resistencias ponderadas:
Estos convertidores llamados de resistencias ponderadas presentan el inconveniente de tener que utilizar resistencias de valores muy distintos con elevada precisión, lo que resulta difícil de conseguir y sobre todo hacer que coincidan los diferentes coeficientes térmicos, es por ello que este método es utilizado únicamente en convertidores de hasta 8 bits.

CONVERTIDOR DIGITAL ANALÓGICO R/2R

El convertidor D/A por red de resistencias R-2R, soluciona los problemas del convertidor D/A de resistencias ponderadas, al utilizar resistencias con únicamente dos valores, "R" y "2R", la corriente que circula por las resistencias 2R, se encuentra en progresión geométrica con una razón ½ debido a que en cada punto de unión de las resistencias R-R, la impedancia del circuito es igualmente a R.

El Convertidor A/D de Red de Resistencias R-2R

Se selecciona cada canal en función del bit correspondiente, como se muestra en la figura siguiente se obtiene una corriente a la entrada del amplificador operacional, que es la suma de las corrientes de cada rama, la cual produce una tensión de salida (Vsal) analógica.

Red de Resistencias R-2R

;

Circuito para la Práctica

Dz y Rz ÜConstituyen un regulador de voltaje de 8.2 Volts

R1 Ü Es una resistencia de polarización para el DAC08.

Rref Ü Determina la corriente máxima que pueden absorber las terminales 4 y 2 del DAC08, y se encuentra con la siguiente ecuación:  

I0 típica Ü corriente típica aproximadamente es de 2 mA, (con este valor su comportamiento es mas lineal).

D1 y D2 Ü Son dos diodos de acoplamiento para el DAC08 con lógica CMOS.

Los condensadores que se emplean son para eliminar el ruido.
 


  CALIBRACIÓN DEL CONVERTIDOR DIGITAL ANALÓGICO

SECUENCIA DE CALIBRACIÓN:

Depositar en el "puerto de entrada", unos lógicos en todas las entradas, se pueden obtener estos unos lógicos realizando una conexión directa a +Vcc, checar la medición de esta tensión con el multímetro digital, revisar las entradas digitales de tal manera que se encuentren todas en una serie de ocho (8) unos lógicos, esto es el código 25510 en base decimal, 1111 11112 en código binario natural ó FFh en el código hexadecimal..

ü      Revisar seguidamente con el múltimetro digital, el voltaje de salida sobre el amplificador operacional, el cual debe proporcionar 2.55 Volts.
 

ü      Si no se obtienen 2.55 Volts se reposiciona el potenciómetro hasta conseguir el valor del voltaje deseado.
 

ü      Una vez ajustado este voltaje, el procedimiento de calibración ha terminado, los voltajes deben de coincidir con la tabla de calibración del DAC proporcionada.
 

ü      Enseguida se deben probar otros valores de entrada y deberá aparecer su correspondiente valor analógico.

 

 

TABLA DE CALIBRACIÓN DEL CONVERTIDOR DIGITAL ANALÓGICO

%

Volts

mA

Psi

BINARIO

HEXADECIMAL

%

0

0.25

4

3

00011001

19

0

5

0.3

4.8

3.6

00011110

1E

5

10

0.35

5.6

4.2

00100011

23

10

15

0.4

6.4

4.8

00101000

28

15

20

0.45

7.2

5.4

00101101

2D

20

25

0.5

8

6

00110010

32

25

30

0.55

8.82

6.6

00110111

37

30

35

0.6

9.6

7.2

00111100

3C

35

40

0.65

10.4

7.8

01000001

41

40

45

0.7

11.2

8.4

01000110

46

45

50

0.75

12

9

01001011

4B

50

55

0.8

12.8

9.6

01010000

50

55

60

0.85

13.6

10.2

01010101

55

60

65

0.9

14.4

10.8

01011010

5A

65

70

0.95

15.2

11.4

01011111

5F

70

75

1

16

12

01100100

64

75

80

1.05

16.8

12.6

01101001

69

80

85

1.1

17.6

13.2

01101110

6E

85

90

1.15

18.4

13.8

01110011

73

90

95

1.2

19.2

14.4

01111000

78

95

100

1.25

20

15

01111101

7D

100

 

ESPECIFICACIONES DE LA PRÁCTICA DEL DAC

 

Señales de Salida: Voltajes desde 0.25 VDC hasta 1.25 VDC.
Corriente desde 4 mA hasta 20 mA.

Señales de entrada: Código binario natural desplegado sobre Leds.
Los niveles lógicos deben ser compatibles TTL.

 

EQUIPO NECESARIO:

Fuente de alimentación de +5 VDC.

 

 

 

DIAGRAMA UTILIZADO: Si quieres bajar el archivo para multisim da clic aqui