ÊåöÜëáéï 7. ÁíáëïãéêÝò Ýîïäïé. Åðéäéùêüìåíïé óôü ïé:

Transcript

1 ÊåöÜëáéï 7 ÁíáëïãéêÝò Ýîïäïé Åðéäéùêüìåíïé óôü ïé: ¼ôáí ïëïêëçñþóåôå ôç ìåëýôç áõôïý ôïõ êåöáëáßïõ, èá åßóôå éêáíïß: é íá ðåñéãñüöåôå ôá áñáêôçñéóôéêü ôùí äéáôüîåùí ðïõ ìåôáôñýðïõí ôá øçöéáêü óþìáôá óå öõóéêü ìåãýèç é íá ðåñéãñüöåôå ôïí ôñüðï êáé ôéò åíôïëýò ñþóçò ôùí áíáëïãéêþí åîüäùí.

2 êåöüëáéï 7 Óôï êåöüëáéï ðáñïõóéüæåôáé ç Ýííïéá ôùí áíáëïãéêþí óçìüôùí åîüäïõ êáé ï ôñüðïò ìå ôïí ïðïßï ïé Ðñïãñáììáôéæüìåíïé Ëïãéêïß ÅëåãêôÝò óõíäýïíôáé êáé åëýã ïõí äéáôüîåéò éó ýïò. 7.1 ÁíáëïãéêÜ óþìáôá åîüäïõ Üñç óôçí øçöéáêþ ôå íïëïãßá ôçò êáôáóêåõþò ôïõò, ïé ÐËÅ äéáèýôïõí ôç äõíáôüôçôá ðïëýðëïêçò êáé ôá ýôáôçò åðåîåñãáóßáò ðïëëþí áíáëïãéêþí êáé øçöéáêþí óçìüôùí. Ãéá ôï ëüãï áõôü ïé ÐËÅ áðïôåëïýí ôïí åãêýöáëï ôùí óõã ñüíùí óõóôçìüôùí áõôïìáôéóìïý. ÁõôÞ ç õðïëïãéóôéêþ äýíáìç èá Ýìåíå üìùò áíåêìåôüëëåõôç, åüí äåí õðþñ áí êáé ôá áíôßóôïé á ìýåò, äçëáäþ ïé äéáôüîåéò ðïõ ìåôáôñýðïõí ôéò åîüäïõò ôïõ ÐËÅ óå öõóéêü ìåãýèç óôïí ðñáãìáôéêü êüóìï: äýíáìç, ñïðþ, ðßåóç, çëåêôñéêþ ôüóç êëð.. Ïé äéáôüîåéò áõôýò ïíïìüæïíôáé üñãáíá äñüóçò. Åßíáé ãíùóôü üôé ïé ëïãéêýò Ýîïäïé ôùí ÐËÅ ìåôáôñýðïíôáé óå åíýñãåéåò Þ äñüóåéò ìýóù áðëþí äéáôüîåùí äéáêïðþò. Ôõðéêü ðáñüäåéãìá åßíáé ïé çëåêôñïíüìïé, ïé ïðïßïé áíüëïãá ìå ôçí êáôüóôáóç ìéáò ëïãéêþò åîüäïõ ôïõ ÐËÅ êëåßíïõí Þ áíïßãïõí Ýíá çëåêôñéêü êýêëùìá. ôóé, ïé çëåêôñïíüìïé ìåôáôñýðïõí ìéá ëïãéêþ ìåôáâëçôþ ìå êáôáóôüóåéò ÁËÇÈÇÓ / ØÅÕÄÇÓ óå ìéá ñïþ çëåêôñéêþò éó ýïò ìå êáôáóôüóåéò ÅÍÔÏÓ / ÅÊÔÏÓ. Ïé ðåñéóóüôåñïé êáôáóêåõáóôýò åöïäéüæïõí ôïõò ÐËÅ ìå óõìâáôïýò çëåêôñïíüìïõò ãéá ìéá ìåãüëç ðïéêéëßá ñþóåùí (ð.. ãéá äéáöïñåôéêýò ôéìýò ìýãéóôïõ ñåýìáôïò Þ ãéá äéáöïñåôéêýò ôá ýôçôåò ìåôáãùãþò) áëëü êáé ìå Üëëåò áíüëïãåò äéáôüîåéò ðïõ ìðïñïýí íá äéáêüðôïõí õäñáõëéêü Þ ðíåõìáôéêü êõêëþìáôá éó ýïò. Áíôßóôïé á, ïé øçöéáêýò Ýîïäïé ôùí ÐËÅ ìåôáôñýðïíôáé óå åíýñãåéåò Þ äñüóåéò ìýóù ðéï óýíèåôùí äéáôüîåùí, ðïõ ïíïìüæïíôáé ìïíüäåò áíáëïãéêþò åîüäïõ. Ðñüêåéôáé ãéá åéäéêýò ìïíüäåò (êüñôåò) åîüäïõ ðïõ ìåôáó çìáôßæïõí ôá øçöéáêü áñéèìçôéêü óþìáôá áðü ôçí Ýîïäï ôïõ ÐËÅ óå óõíå Ýò áíáëïãéêü öõóéêü ìýãåèïò êáôüëëçëï ãéá ôç óõãêåêñéìýíç åöáñìïãþ. Ôï ó Þìá 7.1 ðáñïõóéüæåé ôç ãåíéêþ äïìþ ìéá ìïíüäáò áíáëïãéêþò åîüäïõ. Ï áíôéêåéìåíéêüò óêïðüò ôçò ìïíüäáò åßíáé íá áíáãíùñßóåé Ýíá øçöéáêü áñéèìçôéêü äåäïìýíï óôç ìíþìç ôïõ ÐËÅ êáé íá ôï ìåôáôñýøåé óå Ýíá óõãêåêñéìýíï öõóéêü ìýãåèïò (ð.. óôñåðôéêþ ñïðþ) ìå åðáñêþ éó ý þóôå íá ìðïñåß íá åðçñåüóåé áðïôåëåóìáôéêü ôï ðåñéâüëëïí ôïõ ÐËÅ (ð.. íá åðéôá ýíåé ôçí ðåñéóôñïöþ åíüò ôñï ïý). Ó Þìá 7.1: ÃåíéêÞ äïìþ ìïíüäáò áíáëïãéêþò åîüäïõ Ç óõíïëéêþ áõôþ äéáäéêáóßá ïñãáíþíåôáé óå ôñßá óôüäéá. Ø Ç äéüôáîç áíáëïãéêü-øçöéáêþò ìåôáôñïðþò (digital to analog converter) ìåôáó çìáôßæåé ôçí øçöéáêþ 78

3 ÁíáëïãéêÝò Ýîïäïé áñéèìçôéêþ ôéìþ óå áíáëïãéêü çëåêôñéêü ìýãåèïò. Ø Ï åíéó õôþò (amplifier) ìåãåèýíåé ôï áóèåíýò çëåêôñéêü óþìá ðïõ ðáñüãåôáé áðü ôçí áíáëïãéêï-øçöéáêþ ìåôáôñïðþ êáé ôï ìåôáöýñåé óå éó õñüôåñï ìýãåèïò. Áõôü êáôüðé ìðïñåß íá ñçóéìïðïéçèåß ôçí ðáñáãùãþ äýíáìçò, ðßåóçò, ñïðþò êëð. Ôáõôü ñïíá, ï åíéó õôþò ëåéôïõñãåß êáé ùò âáèìßäá áðïìüíùóçò, äéüôé áíôáðïêñßíåôáé ï ßäéïò (êáé ü é ç äéüôáîç Ø/Á ìåôáôñïðþò) óôéò åíåñãåéáêýò áíüãêåò ôùí åðüìåíùí óôáäßùí åðåîåñãáóßáò ôïõ óþìáôïò. Ø Ôï üñãáíï äñüóçò (actuator) ìåôáôñýðåé ôï áíáëïãéêü çëåêôñéêü óþìá óå öõóéêü óþìá äçëáäþ óå êüðïéá öõóéêþ ðáñüìåôñï ìåãüëçò éó ýïò. Ôï ìýãåèïò ôçò öõóéêþò ðáñáìýôñïõ åßíáé áíüëïãï ðñïò ôçí øçöéáêþ áñéèìçôéêþ ôéìþ óôçí Ýîïäï ôïõ ðñïãñáììáôéæüìåíïõ ëïãéêïý åëåãêôþ. ÐáñÜäåéãìá: ëåã ïò èýñìáíóçò íá áðëü óôïé åßï (üñãáíï) èýñìáíóçò áðïôåëåßôáé áðü Ýíá ìåôáëëéêü óýñìá ðïõ äéáññýåôáé áðü óõíå Ýò Þ åíáëëáóóüìåíï çëåêôñéêü ñåýìá. Ç áíôßóôáóç ôïõ óýñìáôïò áðïññïöü åíýñãåéá áðü ôç ñïþ ôïõ çëåêôñéêïý ñåýìáôïò. Ç åíýñãåéá áõôþ ìåôáôñýðåôáé óå èåñìüôçôá. ÅÜí áãíïþóïõìå ôç ìåôáâïëþ ôçò áíôßóôáóçò ôïõ óýñìáôïò ìå ôç èåñìïêñáóßá, ç áíôßóôáóç ôïõ èåñìáíôéêïý óôïé åßïõ ìðïñåß íá èåùñçèåß óôáèåñþ. Óôçí ðåñßðôùóç áõôþ, ç èåñìáíôéêþ éó ýò ðïõ ðáñüãåôáé óôï óôïé åßï åßíáé áíüëïãç ìå ôï ôåôñüãùíï ôçò ôéìþò ôïõ çëåêôñéêïý ñåýìáôïò ðïõ äéáññýåé ôï ìåôáëëéêü óýñìá. Ìåãáëýôåñï ñåýìá óçìáßíåé ìåãáëýôåñç ðáñáãüìåíç èýñìáíóç êáé áíôßóôñïöá. Ç èåñìáíôéêþ éó ýò, åðïìýíùò, ìðïñåß íá ñõèìßæåôáé óõíå þò ìýóù ôïõ åëýã ïõ ôïõ çëåêôñéêïý ñåýìáôïò. Ç äéüôáîç ôïõ ó Þìáôïò 7.2 åöáñìüæåé áõôþ ôçí áñ Þ, ñçóéìïðïéþíôáò Ýíá ôñáíæßóôïñ ãéá ôïí áíáëïãéêü Ýëåã ï ôïõ ñåýìáôïò. Ó Þìá 7.2: Êýêëùìá ïñãüíïõ èýñìáíóçò êáé áñáêôçñéóôéêþ ôüóçò Á - ñåýìáôïò I L Ôï èåñìáíôéêü óôïé åßï áðåéêïíßæåôáé ùò ìéá ùìéêþ áíôßóôáóç R L óõíäåäåìýíç ìåôáîý ôçò ðáñï Þò ôüóçò (12 V óôï ó Þìá) êáé ôïõ óõëëýêôç ôïõ ôñáíæßóôïñ. Óôï óçìåßï Á åöáñìüæåôáé Ýíá áíáëïãéêü óþìá çëåêôñéêþò 79

4 êåöüëáéï 7 ôüóçò ðñïåñ üìåíï áðü ôïí ÐËÅ. Ôï óçìåßï Á óõíäýåôáé óôç âüóç ôïõ ôñáíæßóôïñ ìýóù ìéáò êáôüëëçëçò áíôßóôáóçò ðüëùóçò R. ¼ôáí ç ôüóç óôï óçìåßï Á åßíáé áìçëþ (êïíôü óôç ãåßùóç), ôï ôñáíæßóôïñ âñßóêåôáé óå áðïêïðþ êáé ôï ñåýìá ðïõ äéáññýåé ôï èåñìáíôéêü óôïé åßï åßíáé ðñáêôéêü ìçäýí. Ìåãáëýôåñåò ôüóåéò óôï óçìåßï Á ðñïêáëïýí ñåýìá óôç âüóç êáé, åðåéäþ ôï ôñáíæßóôïñ ðïëëáðëáóéüæåé ôï ñåýìá, ðñïêáëïýí åðßóçò åìöüíéóç ñåýìáôïò ìåôáîý óõëëýêôç êáé åêðïìðïý. Ç åîüñôçóç ôïõ ñåýìáôïò I L ðïõ äéáññýåé ôï öïñôßï áðü ôçí ôüóç óôï óçìåßï Á ðáñïõóéüæåôáé äéáãñáììáôéêü óôç äåîéü ðëåõñü ôïõ ó Þìáôïò 7.2. Ïé ìåôáâïëýò ôïõ ñåýìáôïò ðñïêáëïýí áíôßóôïé åò ìåôáâïëýò óôç èåñìáíôéêþ éó ý ðïõ ðáñüãåôáé êáé åêðýìðåôáé áðü ôçí áíôßóôáóç. Ôï ó Þìá 7.3 áðåéêïíßæåé ôç ãåíéêþ ó Ýóç ìåôáîý ôçò áíáëïãéêþò ôüóçò óôï óçìåßï Á êáé ôçò ðáñáãüìåíçò èåñìáíôéêþò éó ýïò (Watt). Ó Þìá 7.3: Ó Ýóç áíáëïãéêïý óþìáôïò ôüóçò Á êáé èåñìáíôéêþò éó ýïò ¼ðùò äåß íåé ôï ó Þìá 7.3, óå ìéá óõãêåêñéìýíç æþíç ôéìþí ôçò ôüóçò ôï ðáñáãüìåíï áðïôýëåóìá (ç èýñìáíóç) åßíáé ãñáììéêü áíüëïãï ðñïò ôçí áíáëïãéêþ çëåêôñéêþ Ýîïäï ôïõ ÐËÅ (ôüóç óôï óçìåßï Á ). Ç æþíç áõôþ ïíïìüæåôáé ãñáììéêþ ðåñéï Þ. ÕðÜñ åé ìéá ìåãüëç ðïéêéëßá áðü üñãáíá äñüóçò, êáôüëëçëá ãéá ôçí ðáñáãùãþ äéüöïñùí öõóéêþí ìåãåèþí. Ï ðßíáêáò ôïõ ó Þìáôïò 7.4 áíáöýñåé ïñéóìýíá áðü ôá êýñéá üñãáíá äñüóçò ðïõ ñçóéìïðïéïýí çëåêôñéêþ åíýñãåéá. Óôï ó Þìá, ôá üñãáíá åßíáé êáôáôáãìýíá áíüëïãá ìå ôï åßäïò ôçò éó ýïò ðïõ áíáðôýóóïõí. Âåâáßùò, óôï åóùôåñéêü ôçò êüèå êáôçãïñßáò, ôá üñãáíá äñüóçò äéáöýñïõí ùò ðñïò ôá ìåãýèç ðïõ ìðïñïýí íá åéñéóèïýí, ôéò óõíèþêåò ðåñéâüëëïíôïò óôéò ïðïßåò ëåéôïõñãïýí, ôéò åéäéêüôåñåò áðáéôþóåéò ôñïöïäïóßáò êáé Üëëåò ðáñáìýôñïõò. ôóé, ãéá ðáñüäåéãìá Ýíáò ëáìðôþñáò ðõñáêôþóåùò åßíáé êáôüëëçëïò ãéá ôçí ðáñáãùãþ ìåãüëçò öùôåéíüôçôáò, áëëü Ý åé ôáõôü ñïíá ìåãüëåò áðþëåéåò åíýñãåéáò óå ìïñöþ èåñìüôçôáò. Áíôßèåôá ìéá öùôïåêðïìðüò äßïäïò (LED) ìðïñåß íá åêðýìðåé ìüíï óå áìçëüôåñç öùôåéíüôçôá, áëëü ôï ðáñáãüìåíï öùò åßíáé øõ ñü êáé ç äßïäïò Ý åé ðïëý êáëýôåñç åíåñãåéáêþ áðüäïóç. 80

5 ÁíáëïãéêÝò Ýîïäïé ÌÇ ÁÍÉÊÇ ÊÉÍÇÓÇ ÈÅÑÌÉÊÇ ÉÓ ÕÓ ÖÙÔÅÉÍÇ ÉÓ ÕÓ ÇëåêôñïêéíçôÞñåò ó.ñ. áíôéóôüóåéò óýñìáôïò ëáìðôþñåò ðõñáêôþóåùò Âçìáôéêïß êéíçôþñåòóôïé åßá Peltier ëõ íßåòçëåêôñéêïý ôüîïõ ÇëåêôñïêéíçôÞñåò å.ñ. ÕÄÑÁÕËÉÊÇ ÉÓ ÕÓ öùôïåêðïìðïß äßïäïé ÓùëçíïåéäÞ ðçíßá ðåñéóôñïöéêýò áíôëßåò ëõ íßåò ðëüóìáôïò ÄéìåôáëëéêÜ åëüóìáôá ðáëéíäñïìéêýò áíôëßåò ëõ íßåò LASER ÐéåæïçëåêôñéêÜ óôïé åßá Ó Þìá 7.4: ¼ñãáíá äñüóçò (åíäåéêôéêü) 7.2 Ï ôåëåóôéêüò åíéó õôþò ùò âáèìßäá åîüäïõ Ç ñþóç áíáëïãéêþí çëåêôñéêþí óçìüôùí óôçñßæåôáé óôçí áîéïðïßçóç äéáôüîåùí ðïëëáðëáóéáóìïý ôçò çëåêôñéêþò ôüóçò, ðïõ ïíïìüæïíôáé åíéó õôýò éó ýïò. Ðñüêåéôáé ãéá çëåêôñéêü êõêëþìáôá, ðïõ åíóùìáôþíïõí ôïõò ôåëåóôéêïýò åíéó õôýò ðïõ ðáñïõóéüóèçêáí óå ðñïçãïýìåíç åíüôçôá. Ôï ó Þìá 7.5 ðáñïõóéüæåé ôï âáóéêü êýêëùìá åíüò åíéó õôþ éó ýïò. Ç ôüóç åîüäïõ ôïõ ôåëåóôéêïý åíéó õôþ áíáôñïöïäïôåßôáé óôçí áíáóôñýöïõóá åßóïäï ìýóù ôçò áíôßóôáóçò R f ðïõ ïíïìüæåôáé êáé áíôßóôáóç áíáôñïöïäüôçóçò (feedback). Ç ôüóç åéóüäïõ ôïõ åíéó õôþ ôñïöïäïôåßôáé óôç ìç-áíáóôñýöïõóá åßóïäï ìýóù ôçò áíôßóôáóçò R in. Ó Þìá 7.5: Åíéó õôþò ôüóçò ÕðïèÝôïõìå üôé ï ôåëåóôéêüò åíéó õôþò óôï êýíôñï ôïõ êõêëþìáôïò åßíáé éäáíéêüò, äçëáäþ Ý åé Üðåéñï êýñäïò åíßó õóçò êáé äåí áðïññïöü êáèüëïõ ñåýìá óôçí åßóïäü ôïõ (äçëáäþ Ý åé Üðåéñç áíôßóôáóç åéóüäïõ). ÅÜí èåùñþóïõìå ïôé ç ôüóç åîüäïõ Ý åé ìéá ëïãéêþ ôéìþ, óõìðåñáßíïõìå üôé ç äéáöïñü ôüóçò óôçí åßóïäï ôïõ ôåëåóôéêïý åíéó õôþ ðñýðåé íá åßíáé ðïëý ìéêñþ ðñáêôéêü ìçäýí. ¼ìùò ç ìç-áíáóôñýöïõóá åßóïäïò V + åßíáé ãåéùìýíç, åðïìýíùò ç V - ðñýðåé íá åßíáé åðßóçò óôç ãç (äõíáìéêü ìçäýí). ÁõôÞ ç ðáñáôþñçóç ïäçãåß óôï óõìðýñáóìá ïôé ç ðôþóç ôüóçò óôçí áíôßóôáóç R f åßíáé ßóç ìå ôçí ôüóç åîüäïõ V out, äçëáäþ V out = I f. R f 81

6 êåöüëáéï 7 Åðßóçò ìå ôïí ßäéï óõëëïãéóìü ç ðôþóç ôüóçò óôçí áíôßóôáóç åéóüäïõ Rin åßíáé ßóç ìå ôçí ôüóç åéóüäïõ Vin: V in = I in. R in ¼ðùò áíáöýñèçêå ðáñáðüíù, èåùñïýìå üôé ï åíéó õôþò äåí áðïññïöü ñåýìá åðïìýíùò ôï óõíïëéêü ñåýìá óôçí áíáóôñýöïõóá åßóïäï åßíáé ìçäýí. ÄçëáäÞ ôá çëåêôñéêü ñåýìáôá óôïõò äýï êëüäïõò ðïõ óõíäýïíôáé óå áõôþí åßíáé ßóá êáé áíôßèåôá: I f = I in Áíôéêáèéóôþíôáò ôéò ôéìýò ôïõ ñåýìáôïò ìå ôéò åêöñüóåéò ðïõ âñýèçêáí ðñïçãïõìýíùò, êáôáëþãïõìå óôç ó Ýóç ìåôáîý ôüóçò åéóüäïõ êáé åîüäïõ: V out = - V in. R f / R in Ôï êýêëùìá ôïõ ó Þìáôïò 7.5, åðïìýíùò, åðéôõã Üíåé ðïëëáðëáóéáóìü ôçò ôüóçò åéóüäïõ êáôü ôïí ðáñüãïíôá R f /R in, ìå ôáõôü ñïíç áíôéóôñïöþ ôçò ðïëéêüôçôáò (ãéá áõôü ôï ëüãï ôï êýêëùìá ïíïìüæåôáé êáé áíáóôñýöùí åíéó õôþò). Ï ðïëëáðëáóéáóìüò ôçò ôüóçò åßíáé èåùñçôéêüò ç ðñáãìáôéêþ ôüóç åîüäïõ ðåñéïñßæåôáé ìåôáîý ôçò áíþôåñçò êáé ôçò êáôþôåñçò ôüóçò ôñïöïäïóßáò ôïõ ôåëåóôéêïý åíéó õôþ, üðùò åîçãþèçêå óå ðñïçãïýìåíç åíüôçôá. Ï áíáóôñýöùí åíéó õôþò ìðïñåß íá åðåêôáèåß þóôå íá óõìðåñéëüâåé ðåñéóóüôåñåò áðü ìéá ôüóåéò åéóüäïõ. Ôï êýêëùìá ôïõ ó Þìáôïò 7.6 áðåéêïíßæåé Ýíáí åíéó õôþ ìå äýï áíåîüñôçôåò åéóüäïõò V 1 êáé V 2. Ó Þìá 7.6: Áíáëïãéêüò áèñïéóôþò ÅÜí åðáíáëçöèåß ï óõëëïãéóìüò ðïõ áíáðôý èçêå ðáñáðüíù, ç ôüóç åîüäïõ õðïëïãßæåôáé ùò åîþò: V out R = F R + F V1 V2 R1 R2 êáé, ãåíéêüôåñá, ãéá Í ôüóåéò åéóüäïõ: V out R F RF RF = V1+ V VN R1 R2 RN 82

7 ÁíáëïãéêÝò Ýîïäïé ÄçëáäÞ ç ôüóç åîüäïõ ðñïêýðôåé áðü ôï Üèñïéóìá ôùí ôüóåùí åéóüäïõ, áöïý ðñïçãïõìýíùò êüèå ìéá ðïëëáðëáóéáóèåß ìå ôï êëüóìá ôçò áíôßóôáóçò áíáôñïöïäüôçóçò ðñïò ôçí áíôßóôáóç óôçí áíôßóôïé ç åßóïäï (ðáñüãïíôáò R f /R N ). ÅðïìÝíùò ôï êýêëùìá ôïõ ó Þìáôïò 7.6 ëåéôïõñãåß ùò áíáëïãéêüò áèñïéóôþò. ÌÜëéóôá, ç êüèå åßóïäïò ìðïñåß íá óõììåôý åé óôï Üèñïéóìá ìå äéáöïñåôéêü óõíôåëåóôþ, åðéëýãïíôáò ôéò ôéìýò ôùí áíôéóôüóåùí åéóüäïõ. ÌåôáôñïðÞ ìå áèñïéóôþ Ç áðëïýóôåñç ìýèïäïò áíáëïãéêï-øçöéáêþò ìåôáôñïðþò ñçóéìïðïéåß Ýíáí áíáëïãéêü áèñïéóôþ, üðùò áõôüò ðïõ ðáñïõóéüóèçêå ðéï ðüíù. Ç êåíôñéêþ éäýá ôçò ìåèüäïõ åßíáé ç Üèñïéóç äéáöïñåôéêþí ôüóåùí åéóüäïõ ðïõ ó çìáôßæïíôáé, áíüëïãá ìå ôç ëïãéêþ ôéìþ ôùí bit ðïõ áðáñôßæïõí ôçí øçöéáêþ Ýîïäï ôïõ ÐËÅ. Ôï ó Þìá 7.7 ðáñïõóéüæåé Ýíáí öçöéáêï-áíáëïãéêü ìåôáôñïðýá áèñïéóôþ ðïõ ìåôáôñýðåé ìéá øçöéáêþ ëýîç, áðïôåëïýìåíç áðü ôýóóåñá äõáäéêü øçößá (bit b3, b2, b1 êáé b0), óå áíáëïãéêþ ôüóç óôï äéüóôçìá 0 Ýùò 75 V. Ï áèñïéóôþò Ý åé ôýóóåñéò åéóüäïõò ðïõ óõíäýïíôáé ìå ôçí ôüóç 5 V, áíüëïãá ìå ôç ëïãéêþ êáôüóôáóç ôïõ áíôßóôïé ïõ bit. Ó Þìá 7.7: ÄéÜôáîç øçöéáêï-áíáëïãéêþ ìåôáôñïðþò ôåóóüñùí Bit Óýìöùíá ìå ôï èåùñçôéêü áèñïéóôþ ðïõ ðáñïõóéüóèçêå ðñïçãïõìýíùò, ç ôüóç åîüäïõ ôïõ êõêëþìáôïò ôïõ ó Þìáôïò 7.7 åßíáé: V out = Vb3+ Vb2 + Vb1 + Vb üðïõ V b = 0, -5V 83

8 êåöüëáéï 7 Ùò ðáñüäåéãìá ôïõ ôñüðïõ ëåéôïõñãßáò ôïõ ìåôáôñïðýá, ï ðßíáêáò ôïõ ó Þìáôïò 7.8 êáôùôýñù áðåéêïíßæåé ôïí áíáëõôéêü õðïëïãéóìü ôçò ôüóçò åîüäïõ ãéá ôçí øçöéáêþ ëýîç 1011 (äåêáäéêü 11). Äõáäéêü øçößï (bit) b3 b2 b1 b0 ÔéìÞ ÔÜóç åéóüäïõ (V)ðïõ áíôéóôïé åß óõíôåëåóôþò R f /R N óõíåéóöïñü óôçí ôüóç åîüäïõ Üèñïéóìá - óõíïëéêþ ôüóç åîüäïõ (V) 55 Ó Þìá 7.8: Õðïëïãéóìüò ôçò áíáëïãéêþò åîüäïõ ãéá ôç ëýîç 1001 Ï óõãêåêñéìýíïò ìåôáôñïðýáò Ý åé åëü éóôç ôéìþ ôçò ôüóçò åîüäïõ 0 V (áíôéóôïé åß óôçí øçöéáêþ ëýîç 0000) êáé ìýãéóôç ôéìþ ôçò ôüóçò åîüäïõ 75 V (áíôéóôïé åß óôçí øçöéáêþ ëýîç 1111). Áõôü ðñïûðïèýôåé, âåâáßùò, üôé ç áíþôåñç ôüóç ôñïöïäïóßáò ôïõ ôåëåóôéêïý åíéó õôþ åßíáé ôïõëü éóôïí 75 V êáé ç êáôþôåñç åßíáé 0 V Þ ìéêñüôåñç. 7.3 Ç åöáñìïãþ ôùí áíáëïãéêþí åéóüäùí óôïõò Ðñïãñáììáôéæüìåíïõò Ëïãéêïýò ÅëåãêôÝò (ÐËÅ) Ïé ðåñéóóüôåñïé ÐËÅ êüèå êáôáóêåõáóôþ äéáèýôïõí ìéá ðïéêéëßá óõìâáôïý åîïðëéóìïý ãéá ôçí ðáñáãùãþ çëåêôñéêþí áíáëïãéêþí åîüäùí. ÓõíÞèùò áõôüò ï åîïðëéóìüò Ý åé ôç ìïñöþ ìïíüäáò åðýêôáóçò (êüñôáò) ðïõ ðñïóáñìüæåôáé óôç âáóéêþ ìïíüäá ôïõ ÐËÅ. Ïé êüñôåò áíáëïãéêþí åîüäùí óõíþèùò åîõðçñåôïýí ðïëëýò üìïéåò áíáëïãéêýò åîüäïõò êáé êáôçãïñéïðïéïýíôáé ìå äýï âáóéêü êñéôþñéá. Ø Ôï åßäïò ôùí çëåêôñéêþí áíáëïãéêþí óçìüôùí ðïõ ðáñüãïíôáé êáé åðïìýíùò ôï åßäïò ôùí ïñãüíùí äñüóçò ðïõ ìðïñïýí íá óõíäåèïýí êáé íá óõíåñãáóèïýí ìå ôïí ÐËÅ. Ïé êýñéåò åðéìýñïõò ïìüäåò áõôþò ôçò êáôçãïñßáò åßíáé ïé áíáëïãéêýò êüñôåò ðïõ ðáñüãïõí çëåêôñéêþ ôüóç êáé åêåßíåò ðïõ ðáñüãïõí çëåêôñéêü ñåýìá. Åðéðñüóèåôá, ïé áðïäåêôýò ôéìýò áõôþí ôùí çëåêôñéêþí ìåãåèþí êéíïýíôáé óå ôõðïðïéçìýíá üñéá, ðïõ ïíïìüæïíôáé ïíïìáóôéêýò ðåñéï Ýò, üðùò áíáöýñåé êáé ï ðßíáêáò ôïõ ó Þìáôïò 7.9. Ø Ôç äéáêñéôéêþ éêáíüôçôá, äçëáäþ ôïí áñéèìü áðü äéáöïñåôéêýò óôüèìåò óôéò ïðïßåò êáôáôüóóåôáé ôï ðáñáãüìåíï áíáëïãéêü çëåêôñéêü óþìá, óå áíôéóôïé ßá ìå ôï øçöéáêü äåäïìýíï óôçí Ýîïäï ôïõ ÐËÅ. Ç äéáêñéôéêþ éêáíüôçôá óõíþèùò åêöñüæåôáé óå áñéèìü bit, äçëáäþ ìþêïò ôçò øçöéáêþò ëýîçò ôçí ïðïßá ìðïñåß íá ìåôáôñýøåé ç êüñôá áíáëïãéêþí åîüäùí. 84

9 ÁíáëïãéêÝò Ýîïäïé Áíáëïãéêü ìýãåèïò ÇëåêôñéêÞ ÔÜóç Çëåêôñéêü Ñåýìá ÏíïìáóôéêÞ ðåñéï Þ ±50mV ±500mV ±1V ±5V ±10V ±50V ±100V ±20 ma 4-20mA Ó Þìá 7.9: ÓõíÞèåéò êüñôåò áíáëïãéêþí åîüäùí Ôï ó Þìá 7.10 áðåéêïíßæåé ôç áñáêôçñéóôéêþ ôçò ìåôáôñïðþò, äçëáäþ ôçí áíôéóôïé ßá ìåôáîý øçöéáêþí êáé áíáëïãéêþí ôéìþí, óôçí åéäéêþ ðåñßðôùóç ôïõ øçöéáêïý-áíáëïãéêïý ìåôáôñïðýá ôïõ ðñïçãïýìåíïõ ðáñáäåßãìáôïò ìå äéáêñéôéêþ éêáíüôçôá ôýóóåñá bit êáé ìå ðáñáãüìåíç ôüóç óôï äéüóôçìá 0-75 V. Ó Þìá 7.10: ÐáñÜäåéãìá áíôéóôïé ßáò øçöéáêþí êáé áíáëïãéêþí ôéìþí 85

10 êåöüëáéï 7 Ïé áíáëïãéêýò êüñôåò åîüäùí ôùí ÐËÅ óõíïäåýïíôáé áðü áíôßóôïé ï åéäéêü ëïãéóìéêü. Ðñüêåéôáé ãéá Ýôïéìá õðï-ðñïãñüììáôá ëåéôïõñãéþí (function blocks) ðïõ åîõðçñåôïýí ôç óõíåñãáóßá ôïõ êýñéïõ ðñïãñüììáôïò ìå ôéò áíáëïãéêýò ìïíüäåò. Ïé êõñéüôåñåò âïçèçôéêýò ëåéôïõñãßåò ðïõ ðñïóöýñïõí åßíáé: Ø ç äõíáôüôçôá åíåñãïðïßçóçò Þ áðåíåñãïðïßçóçò ôçò áíáëïãéêþò ìïíüäáò (êüñôáò) Þ åíüò óõãêåêñéìýíïõ áñéèìïý áíáëïãéêþí åîüäùí áðü áõôýò ðïõ õðïóôçñßæïíôáé áðü ôçí êüñôá. Ø ç åéóáãùãþ ðáñáìýôñùí ãéá ôç ëåéôïõñãßá ôçò øçöéáêï-áíáëïãéêþò ìåôáôñïðþò ð.. ãéá ôçí åðéëïãþ ôçò ïíïìáóôéêþò ðåñéï Þò, åüí ç êüñôá õðïóôçñßæåé ðåñéóóüôåñåò áðü ìéá. ¼ðùò êáé óôçí ðåñßðôùóç ôùí áíáëïãéêþí åéóüäùí ôïõ ÐËÅ, ç óçìáíôéêüôåñç ëåéôïõñãßá ôçò êüñôáò êáé ôïõ ëïãéóìéêïý ðïõ ôç óõíïäåýåé åßíáé ç åíåñãïðïßçóç ôçò ìåôáôñïðþò êáé ç ðáñáãùãþ ôïõ áíáëïãéêïý çëåêôñéêïý ìåãýèïõò ðïõ áíôéóôïé åß óôçí óôéãìéáßá øçöéáêþ ôéìþ ôçò åîüäïõ. Ç ìåôáôñïðþ ãßíåôáé óõíþèùò ìå ìéá áðëþ åíôïëþ áðïèþêåõóçò, üðùò áõôýò ðïõ áíáöýñèçêáí óôçí åíüôçôá 1.3, ð.. STA PW127 Óôï ðáñáðüíù ðáñüäåéãìá ôï ëåéôïõñãéêü óýóôçìá ôïõ ÐËÅ áíáãíùñßæåé ïôé ðñýðåé íá ìåôáöýñåé äåäïìýíá ìþêïõò ìéáò ëýîçò áðü ôïí êáôá ùñçôþ óôç èýóç ìíþìçò åéäéêïý ôýðïõ PW127, ç ïðïßá áíþêåé óôçí áíáëïãéêþ êüñôá åîüäïõ. Ï ÐËÅ åíåñãïðïéåß áõôüìáôá ôç ëåéôïõñãßá ôçò øçöéáêï-áíáëïãéêþò ìåôáôñïðþò êáé åöáñìüæåé ôçí ðáñáãüìåíç çëåêôñéêþ ôüóç (Þ ñåýìá) óôïõò áêñïäýêôåò ôçò êüñôáò åîüäïõ. Ôï ó Þìá 7.11 áðåéêïíßæåé ôï ðåñéå üìåíï ôïõ êáôá ùñçôþ ðñéí ôçí åêôýëåóç ôçò åíôïëþò áðïèþêåõóçò êáé ìåôáôñïðþò. Óôï ðáñüäåéãìá áõôü, ç êáèáõôü øçöéáêþ ôéìþ êáôáëáìâüíåé 11 bits: Ýíá bit ãéá ôï ðñüóçìï êáé 10 ãéá ôçí áðüëõôç ôéìþ áõôþ åßíáé ç äéáêñéôéêþ éêáíüôçôá ôçò áíáëïãéêþò êüñôáò åîüäïõ. Ôá õðüëïéðá bit ôçò ëýîçò äå ñçóéìïðïéïýíôáé áðü ôçí êüñôá (åßíáé áäéüöïñá). Word PW127 - Accumulator Byte 2 Byte 1 Â15 Â14 Â13 Â12 Â11 Â10 Â9 Â8 Â7 Â6 Â5 Â4 Â3 Â2 Â1 Â0 äåí ñçóéìåýïõí ðñüóçìï øçöéáêþ ôéìþ ðïõ áíôéóôïé åß óôï áíáëïãéêü ìýãåèïò ( ùñßò ðñüóçìï) áäéüöïñá áãíïïýíôáé + 34 Ó Þìá 7.11: Êùäéêïðïßçóç áíáëïãéêþ ôéìþò åîüäïõ 86