1.1.- Conceptos y Características de los Convertidores.
Una cantidad digital tiene un valor con 2 posibilidades 0 (bajo) ó 1 (alto). Vimos anteriormente que para la familia lógica TTL los rangos son:
O lógico= 0V a 0.8 Vcd 1 lógico = 2V a 5Vcd
En contraste con una cantidad analógica puede tomar cualquier valor sobre un rango continuo de valores, donde su valor exacto si es significativo. Muchas variables físicas son de naturaleza analógica y pueden tomar cualquier valor dentro de un rango continuo de éstas. Ejemplos de variables de este tipo incluyen temperatura, presión, intensidad luminosa, señales de audio, posición, velocidad rotacional y velocidad de flujo. Los sistemas digitales llevan a cabo todas las operaciones matemáticas internas, mediante el uso de circuitería y operaciones digitales. Cualquier información del mundo exterior que se quiera introducir a un sistema digital, primero debe ponerse en forma digital. A continuación se ilustra el diagrama a Bloques de los convertidores analógicos-digitales (ADC) y digital/analógico (DAC) que utilizan para conectar la computadora con el mundo analógico.
Transductor:Es un dispositivo que convierte una variable física en una eléctrica. Algunos transductores de uso común son las terminales, las fotoceldas, los fotodiodos, los medidores de flujo, los transductores de presión y los tacómetros. La salida eléctrica de un transductor es una corriente o un voltaje analógico proporcional a la variable física que se está vigilando.
Convertidos Analógico-Digital-Analógico (ADC): La salida analógica (eléctrica) del transductor en la entrada al ADC. El ADC convierte asta entrada en una salida digital. Esta última consiste de varios bits que representan el valor de la entrada analógica.
Sistemas digitales (Computadora): La representación digital de la variable del proceso se transmite desde ADC hacia la computadora, que lo almacena y procesa de acuerdo con las instrucciones del programa de ejecución.
Convertidor Digital-Analógico (DAC): La salida digital de la computadora se conecta a un DAC, que la convierte a un voltaje o corriente proporcional a la información de bits que tiene a su entrada.
1.2.- Tipos: Analógico/Digital y Digital/Analógico. 1.2.- Tipos: Analógico/Digital y Digital/Analógico.
Convertidor Digital-Analógico:
Convertidor Digital-Analógico: la conversión digital-analógica (D/A) es el proceso de tomar a un valorla conversión digital-analógica (D/A) es el proceso de tomar a un valor representando en código digital (como binario directo o BCD) y convertirlo en un voltaje o corriente que representando en código digital (como binario directo o BCD) y convertirlo en un voltaje o corriente que sea proporcional al valor digital. Como ejemplo, a continuación se ilustra el diagrama a bloques, su tabla sea proporcional al valor digital. Como ejemplo, a continuación se ilustra el diagrama a bloques, su tabla de valores y sus formas de onda de salida de un contador de 4 bits, para convertir de digital a analógica, de valores y sus formas de onda de salida de un contador de 4 bits, para convertir de digital a analógica, su señal en código digital. En general:
su señal en código digital. En general:
Salida analógica= K * entrada digital Salida analógica= K * entrada digital Donde:
Donde:
K= factor proporcionalidad y tiene un valor constante,
K= factor proporcionalidad y tiene un valor constante, puede estar en unidades de puede estar en unidades de voltaje o corriente.voltaje o corriente.
Ejemplo 1. Ejemplo 1.
Un convertidor D/A de 5 bits tiene una corriente de salida. Para una entrada digital de 10100, se produce Un convertidor D/A de 5 bits tiene una corriente de salida. Para una entrada digital de 10100, se produce una corriente de salida de 10 mAmp. ¿Cual será el valor de la corriente de salida para una entrada digital una corriente de salida de 10 mAmp. ¿Cual será el valor de la corriente de salida para una entrada digital de 11101? de 11101? Sabemos que: 10100 Sabemos que: 1010022=20=201010 10100=k*20=10mAmp 10100=k*20=10mAmp K=10/20mAmp=0.5 mAmp. K=10/20mAmp=0.5 mAmp. 11101=29 11101=29
Ejemplo 2. Ejemplo 2.
¿Cuál es el máximo valor de v
¿Cuál es el máximo valor de voltaje producido por un ADC oltaje producido por un ADC de ocho bits que genera un voltaje de de ocho bits que genera un voltaje de 1v1v cuando la entrada digital es 00110010?
cuando la entrada digital es 00110010? 00110010 0011001022=50=501010 2255=32 +2=32 +244=24 +2=24 +211=2 =50=2 =50 1.0v=k*50 1.0v=k*50 K=1.0v/50=20mV K=1.0v/50=20mV El máximo valor es 11111111=255 El máximo valor es 11111111=2551010 Vsalida (max)=20mV /255 Vsalida (max)=20mV /255 Vsalida = Vsalida = 5.10 V5.10 V
Circuito eléctrico de un convertidor Digital-Analógico Circuito eléctrico de un convertidor Digital-Analógico
En la actualidad existen varios métodos y circuitos para producir la operación de Digital-Analógico. Por lo En la actualidad existen varios métodos y circuitos para producir la operación de Digital-Analógico. Por lo que no es tan
que no es tan importante importante conocer los divconocer los diversos esquemas de ciersos esquemas de circuitos, ya que rcuitos, ya que los convertidores los convertidores D/AD/A están disponibles como CI o bien como paquetes encapsulados que no requieren ningún conocimiento están disponibles como CI o bien como paquetes encapsulados que no requieren ningún conocimiento de circuitos. En su lugar, es importante
de circuitos. En su lugar, es importante conocer las características conocer las características significativas de realizacsignificativas de realización ión de losde los convertidores D/A, en términos generales, de manera que se puedan utilizar en forma inteligente. A convertidores D/A, en términos generales, de manera que se puedan utilizar en forma inteligente. A continuación
continuación se muestra como ejemplo se muestra como ejemplo el circuito básico el circuito básico de un tipo de de un tipo de convertidor D/A convertidor D/A de 4 bitsde 4 bits utilizando un
utilizando un amplificador operacional en amplificador operacional en configuración de sumador configuración de sumador con resistencias con con resistencias con factores defactores de ponderación binaria.
ponderación binaria.
El operador operacional sirve como amplificador sumador, el cual produce la suma de los factores de El operador operacional sirve como amplificador sumador, el cual produce la suma de los factores de ponderación de estos valores de entrada. Un amplificador operacional sumador multiplica cada voltaje de ponderación de estos valores de entrada. Un amplificador operacional sumador multiplica cada voltaje de entrada por la
entrada por la proporción de la proporción de la resistencia de resistencia de retroalimentación retroalimentación Rs de Rs de la entrada la entrada correspondiente. Porcorrespondiente. Por
ejemplo: la entrada D tiene u
ejemplo: la entrada D tiene una R =1 KΩ, de manera que el na R =1 KΩ, de manera que el amplificador operaciamplificador operacional pasa el voltaonal pasa el voltaje de Dje de D sin atenuación. La entrada C tiene una R= 2KΩ, de manera q
sin atenuación. La entrada C tiene una R= 2KΩ, de manera q ue será atenuada en ½ . La entrada B tieneue será atenuada en ½ . La entrada B tiene
una R=4KΩ, de manera que será atenuada en ¼. La entrada A tiene una R=8KΩ, de manera que será una R=4KΩ, de manera que será atenuada en ¼. La entrada A tiene una R=8KΩ, de manera que será
atenuada, en 1/8. atenuada, en 1/8.
Vsal= - (V
Vsal= - (VDD +1/2 V+1/2 VCC +1/4 V+1/4 VBB+1/8 V+1/8 VAA))
La salida del amplificador sumador es un voltaje analógico que representa una suma de los factores de La salida del amplificador sumador es un voltaje analógico que representa una suma de los factores de ponderación