Modell eines einfachen DA-Konverters / DAC
von Holger Fritzsch
Bei Überlegung nach einem Schaltungsvorschlag und Durchsicht der "gestaffelten Widerstände" 1 kOhm, 2,2 kOhm, 4,7 kOhm und 10 kOhm kam mir die Idee: Einen einfachen D/A- Wandler (DAC) für 4-Bit- Datenworte aufzubauen. Normalerweise hätte ich Schaltdioden genommen, aber ersatzweise tun es auch rote Leds. Der Zähler zählt immer von 0 bis 15 und macht dabei 16 Schritte. Er gibt also , 0 .... 15, 16 binäre Zahlen an den Ausgängen aus. Man spricht von 1/16 Auflösung. Die Eingänge des DAC sind A, B, C und D. Im Schaltbild liegt,von rechts beginnend, das niederwertigste Bit A.= Q4 (LSB) und ganz links das höchstwertigste Bit D = Q7 (MSB). Diese werden in entsprechender Reihenfolge mit Q4, Q5, Q6 und Q7 des CD 4060 verbunden. Der Widerstandwert eines einzelnen Zweiges verdoppelt sich von Q4 in Richtung Q7. Je nachdem welcher der digitalen IC- Ausgänge auf L- Potential schaltet, liegt an der Kathode der Led Massepotential an. Es gibt einen Stromfluss über R8 (4,7 kOhm) , über den Widerstand und die Led nach Masse. Bei H- Potential sperrt die Diode. Je nach Wert des jeweiligen Teilwiderstandes verändert sich der durchfließende Strom und somit auch der Spannungsteilerverhältnis.
An R8 (roter Pfeil) fällt proportional zum Strom die analoge Spannung ab. Ziel erreicht! Der kleinste Strom fließt durch R4 (A) , der größte durch R7 (D). Rein theoretisch müsste dieser Strom achtmal so groß sein. Vorausgesetzt R7 wäre genau 8 kOhm groß . Sind mehrere Zweige auf L- Potential gelegt, so addieren sich die Teilströme. Die Ströme entsprechen der Wertigkeit des jeweiligen Bits. Die resultierende Spannung wird folglich kleiner, je höher die Binärzahl wird. Parallel zum Elko C2 kann die analoge Spannung abgenommen werden. Der Elko glättet bzw. integriert die treppenförmige Impulsspannung. An der angeschlossenen Led kann man die ansteigende Ladekurve und das plötzliche Abschalten verfolgen. Ggf. kann man zum Test R3 in 1kOhm (ca.42Hz) oder 100kHz (250Hz) ändern. Auch Handtastung, wie am Tag 19 ist möglich ! Die Frequenz ändert nichts am Verhalten der Schaltung.
Eine Messung mit Oszi, DVM oder Zeigerinstrument ist eindrucksvoll. Klar ist, das es sich um ein nur Modell handelt. Genaue Widerstände und entsprechende Dioden würden die Genauigkeit erheblich steigern. Das Prinzip ist aber zu erkennen. In der Technik werden u.a. bis zu 16Bit DAC verwendet. Auflösung ist dann 65536.
Als ersten Test des DAC's, also nur die Leds und die Widerstände, habe ich die einzelnen Eingänge mit Masse / UB verbunden. Folgende Werte habe ich mit einem DVM aufgenommen:
Wichtig ist: Es wird mit invertierter Logik
gearbeitet. Eine „Null“ heißt die Eingänge werden aktiviert. Darum in der Kennzeichnung das „!“-
Zeichen.
Beispiel: Eingabe einer „3“ => !A und !B an Masse, sowie !C
und !D an +UB
Messung am kompletten Steckboard- Modell
