LABORATORIO DI FISICA 2

Lab2:ADC V 1.30-17.04.09
ESPERIMENTAZIONI DI FISICA 3
Esercitazione del 17 aprile 2009: “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 ad un comparatore che
confronta la tensione da misurare V con la tensione del 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 quindi a meno del bit meno
significativo (LSB) , che cambia stato ad ogni impulso di clock, il valore digitale
della tensione V.
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 = 2 Ri–1( i= 1,3)
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.
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Si noti che questa configurazione è invertente per cui se le tensioni in ingresso
(ovvero alle resistenze Ri) sono positive la tensione in uscita è negativa.
Realizzazione pratica del Tracking-ADC
Il circuito da montare è il seguente:
Rd
+5V
11
8
4
5
Rd
Rd
+15V
3
R0
26
7
R1
74LS191
Ck
16
14
Rd
RF
Rc
R2
R3
+5V
uA741
8
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 sulla scelta delle resistenze. Le resistenze sui diodi LED devono essere di
almeno 2.2k 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 k.
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Riferimento. Millman e Grabel “MICROELECTRONICS” McGrawHill
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