Allgemeiner Teil

Labor
IV/1 AD/DA Wandler
04.04.2006
Allgemeiner Teil
Titel der Übung:
Übungsnummer:
Übungsplatz:
Datum der Übung:
Klasse:
Schriftführer:
Übungsteilnehmer:
AD/DA Wandler
IV/2
7
04.04.2006
4BHELI
Andreas HAGER
HAGER Andreas
ANTONY Andreas
REIM Erich
SCHNEIDER Bernhard
Inhaltsverzeichnis:
Allgemeiner Teil
Inhaltsverzeichnis
1. Wissensüberprüfung
2. Schaltung eines R2R-Netzwerks
3. Dimensionierung von Ra
4. Messschaltung
5. Aufbau der Schaltung
6. Erkenntnisse
7. Messung an der Schaltung
8. Simulation mit PSpice
1
1
2
2
3
3, 4
4
4
4
4
Anhang:
Simulation der gesamten Schaltung in Pspice
Messprotokoll
Inventarliste
TI HTBL-Hollabrunn
Andreas HAGER 4BHELI
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1
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IV/1 AD/DA Wandler
04.04.2006
1. Wissensüberprüfung:
Zu Beginn der Übung testete der Übungsleiter, ob die Teilnehmer über die
theoretischen Kenntnisse verfügen, um an der Übung teilzunehmen.
Folgenden Fragen wurden an die Teilnehmer gerichtet:
1) 4-bit DA-Wandler mit R=10kΩ, Q=0,5V, RRef=-5V
Dimensionierung und Schaltung eines R2R-Netzwerkes
Antwort: Dimensionierung der gesamten Schaltung anschließend
2) A/D Wandler  verschiedenen Arten.
Antwort:
Parallelwandler:
Zählverfahren:
Approxemationswandler:
Single Slop:
2. Schaltung eines R2R-Netzwerks:
Ia
Ie
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Andreas HAGER 4BHELI
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2
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3. Dimensionierung von Ra:
Ra wurde so dimensioniert, dass sich eine Quantisierungsstufe von 0,5V einstellt.
Ua
Ia Ra
Uref
--> Ia
Ua
Ra
Uref
Ie
Ia
Ie
R=10kΩ
Q=0,5V
URef=-5V
ges: Ra
8
Ua
2 R
Ra
--> Ra
Ua 2 R
0.5V 2 10kOhm
Uref
 5V
8
8
16kOhm
8
2 R
Nachdem Ra dimensioniert war, wurde eine Messschaltung gezeichnet.
4. Messschaltung:
Referenzspannung:
Die Referenzspannung wurde über eine Invertierende Grundschaltung realisiert.
Gleiches Widerstandsverhältnis um nichts zu verstärken. Die 5V waren am
Digitalkoffer verfügbar.
Ausgangswiderstand Ra:
Der Ausgangswiderstand wurde mittels eines 10kΩ Widerstandes und eines 10kΩ
Potis realisiert  es wurde mit einem Ohmmeter gemessen und solange verändert
bist der korrekte Widerstand eingestellt war.
Versorgungsspannungen für OPVs:
Die Spannungen waren direkt am Digitalkoffer vorhanden  +15V, -15V
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3
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Schalter:
Als Schließer wurde der Baustein DG411 der Firma Intersil verwendet.
Als Öffner wurde der Baustein DG412 der Firma Intersil verwendet.
Die IN-Ports (1, 8, 9, 16) wurden auf die Schalter des Digitalkoffers gehängt und
manuell betätigt.
Datenblatt der Bausteine wurde an das Protokoll angehängt.
5. Aufbau der Schaltung:
Nachdem wie Schaltung theoretisch durchgerechnet wurde, wurde sie am Steckbrett
mit den verwendeten Bauteilen aufgebaut. Das R2R-Netzwerk war am Digitalkoffer
teilweise schon vorhanden.
Es mussten lediglich die einzelnen Komponenten miteinander verknüpft werden um
die gesamte Schaltung zu erhalten.
6. Erkenntnisse:
Bei der Inbetriebnahme der Schaltung traten folgende Probleme auf:
Am Digitalkoffer waren 2 Schalter defekt. Dies führte dazu, dass am Ausgang nie
die gewünschte Spannung gemessen wurde.
Die Massen der beiden, verwendeten Digitalkoffer waren nicht verbunden.
Dies führte dazu, dass am Eingang nie die gewünschte Spannung auftrat.
Ein Kabelfehler im Rückkopplungszweig des Ausgangsoperationsverstärkers
machte das System schwingungsfähig.
2 defekte Kabel stellten keine Verbindung zwischen den
Eingangsoperationsverstärkers und den R2R-Netzwerk her und somit konnte der
D/A-Wandler nicht korrekt arbeiten.
Nach Behebung der Fehler funktionierte die Schaltung schlussendlich einwandfrei.
7. Messung an der Schaltung:
Nachdem die Schaltung einwandfrei funktionierte, nahmen wir eine Messtabelle auf.
Auf den Schaltern wurden die Binärwerte von 0000-1111 (0-15) eingestellt und am
Ausgang jeweils die Spannung gemessen. Nachdem die Messtabelle aufgenommen
war, berechneten wir uns die Differenzielle Nichtlinearität und die Integrale
Nichtlinearität.
DNL
INL
INL
Ua  Uq
Uq
Ua  Uq  Z
Uq
Ua  Uq  Z
Uq
Q
...in %FS
Z=Zahl im Dezimalen z.B. 0010=2
n
Uq  2
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Messtabelle:
Binär
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
Z UaSoll [V]
0
0
1
0.5
2
1
3
1.5
4
2
5
2.5
6
3
7
3.5
8
4
9
4.5
10
5
11
5.5
12
6
13
6.5
14
7
15
7.5
UaIst [V] DNL in %
0
0,00%
0,512
2,40%
1,018
1,20%
1,526
1,60%
2,027
0,20%
2,536
1,80%
3,041
1,00%
3,55
1,80%
4,056
1,20%
4,566
2,00%
5,072
1,20%
5,581
1,80%
6,082
0,20%
6,588
1,20%
7,095
1,40%
7,603
1,60%
INL in % INL in %FS
0,00%
0,00%
2,40%
0,15%
3,60%
0,23%
5,20%
0,33%
5,40%
0,34%
7,20%
0,45%
8,20%
0,51%
10,00%
0,62%
11,20%
0,70%
13,20%
0,82%
14,40%
0,90%
16,20%
1,01%
16,40%
1,03%
17,60%
1,10%
19,00%
1,19%
20,60%
1,29%
8. Simulation mit PSpice:
Da der Übungsleiter aufgrund eines Termins den Laborunterricht frühzeitig verlassen
musste, kamen wir nicht mehr dazu diese Schaltung mit einem Zähler zu realisieren.
Der Übungsleiter stellte uns die Aufgabe die gesamte Schaltung mit dem Tool
PSpice zu simulieren. Die Simulation dazu befindet sich im Anhang.
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