LABORATORIO DI FISICA 2

Esp-3:ADC V 2.00-21.12.10
ESPERIMENTAZIONI DI FISICA 3
Esercitazione del 21 dicembre 2010: “Tracking ADC”.
Costruzione e verifica del funzionamento di un tracking ADC (voltmetro digitale) . Lo
schema di principio del funzionamento del circuito è riportato nella seguente figura:
Controllo U/D
Clock
Cont. U/D
Comparatore
Display
DAC
+
V
Sonda
Il circuito è formato da un contatore Up/Down (74LS191) che conta gli impulsi di un
clock. L’uscita binaria del contatore è collegata ad un DAC (Digital to Analog Converter).
Lo stato delle quattro linee digitali di uscita (“1” oppure “0”) è ispezionabile con un
DISPLAY. La lettura del DISPLAY indica il numero di impulsi contati dal contatore.
L’uscita del DAC è inviata a un comparatore che confronta la tensione V da misurare
con la tensione in uscita dal DAC.
Fino a che la tensione del DAC è inferiore V il
contatore conta UP, quando la tensione del DAC
risulterà inferiore a V l’uscita del comparatore cambia
stato e il contatore conta DOWN. Il DISPLAY mostra il
valore digitale della tensione V, a meno del bit meno
significativo (LSB), che cambia stato ad ogni impulso di
clock.
IL DAC.
Il DAC si può realizzare mediante l’uso di un
operazionale (uA741) e una serie di resistenze R0,R1,
R2,R3, i cui valori soddisfino la relazione
Ri = ½ Ri–1 ( i= 1,2,3),
montate in un circuito di somma analogica (Vedi
schema accanto). Ovviamente a R0 andrà collegata la
linea del LSB e a R3 quella del MSB.
Si noti che questa configurazione è invertente per cui essendo positive le tensioni in
ingresso alle resistenze Ri la tensione in uscita del uA741 è negativa.
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Esp-3:ADC V 2.00-21.12.10
Realizzazione pratica del Tracking-ADC
Il circuito da montare è il seguente:
+5V
Rd
Rd
Rd
Rd
+15V
11
8
4
74LS191
Ck
16
14
5
3
R0
2
6
R1
7
R3
+5V
RF
Rc
R2
8
uA741
7
LM311
4
-15V
Sonda (0, – 15V)
I “ Data Sheet” del contatore 74LS191 e del comparatore LM311 sono a disposizione
degli studenti. Nelle pagine successive viene data la piedinatura e le sequenze di
funzionamento di questi componenti.
Nota sul LM311.Diversamente da quanto indicato in figura il pin 1 del LM 311 va
connesso a massa ed inoltre si puo’ scegliere di alimentarlo tra +5V e 0V connettendo il
PIN 8 a +5V e il PIN 4 a massa.
Nota sulla scelta delle resistenze. Le resistenze sui diodi LED devono essere di
almeno 2.2kΩ per evitare di sovraccaricare le uscite del 74LS191. Il DAC deve avere
come tensione massima di uscita Vmax= – 14V per evitare problemi di non linearità del
circuito. Di conseguenza si ha una condizione su RF e le Ri. Anche le Ri non devono
sovraccaricare le uscite del contatore.
La Rc è una tipica resistenza di carico di collettore di un BJT e va scelta dell’ordine
qualche kΩ.
Terminato il montaggio del circuito caratterizzare l’ADC determinado:
1. La funzione di trasferimento dell’ADC (Plot Codice Binario Vs Tensione
Analogica
2. Il parametro DNL (Differential Non Linearity)
3. Il parametro INL (Integral Non Linearity)
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Esp-3:ADC V 2.00-21.12.10
Riferimento. Millman e Grabel “MICROELECTRONICS” McGrawHill
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