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Eletrônica Digital XVIII

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Tópicos: Introdução aos Conversores | Conversor Digital-analógico Tipo R-2nR |

1) Introdução aos Conversores

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Na Eletrônica Digital, conversores são circuitos que transformam grandezas analógicas em digitais ou vice-versa. Isso é uma necessidade imposta pela prática. Em muitos casos, há grandezas analógicas que precisam ser convertidas em digitais. Por exemplo, a saída de tensão de um sensor de temperatura de um termômetro digital. Em outros casos, a operação inversa é usada.


Fig 1-I

As Figuras 1-I (a) e 1-I (b) dão os diagramas de blocos básicos dos conversores analógico-digitais (AD) e digital-analógicos (DA). Em alguns casos, a entrada e saída são analógicas e uma configuração como a indicada na Figura 01 (c) pode ser aplicada.

Os conversores digital-analógicos são consideravelmente mais simples que os analógico-digitais. Na realidade, vários tipos de conversores analógico-digitais usam conversores digital-analógicos como parte do circuito. Portanto, estes últimos devem ser vistos em primeiro lugar.

Embora um conversor digital-analógico possa ser implementado apenas com resistores e diodos, é mais comum o uso do amplificador operacional para proporcionar tensões de saída em níveis razoáveis, evitando valores muito baixos que ocorrem no caso de resistores e diodos.


Fig 1-II

O circuito básico para essa aplicação é o somador com amplificador operacional conforme Figura 1-II. Mais informações sobre amplificadores operacionais são dadas na página correspondente neste site. Nessa página pode ser visto que a tensão de saída Vs desse circuito é dada por:

$$Vs = - Rr \left( {Va \over Ra} + {Vb \over Rb} + {Vc \over Rc} \right) \tag{1A}$$
Se Ra = Rb = Rc = R, o circuito faz a soma:

$$Vs = - {Rr \over R} (Va + Vb + Vc) \tag{1B}$$

2) Conversor Digital-analógico Tipo R-2nR

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O circuito da Figura 2-I é o mesmo somador do tópico anterior, acrescido de uma entrada para formar um conversor de 4 dígitos binários (4 bits).

As entradas Va, Vb, Vc e Vd são as entradas digitais do conversor, correspondendo Va ao bit mais significativo. Assim, essas entradas só podem ter valores 0 ou 1 em termos lógicos. O valor físico depende do projeto do circuito. Aqui considera-se 5 V, isto é, nível 1 é igual a 5 V. Os resistores Ra, Rb ... têm valores relacionados com 2n (1R, 2R, 4R ...)

Adaptando a igualdade (1A) do tópico anterior para o circuito da Figura 2-I, isto é, adicionando uma entrada,

$$Vs = - Rr \left( {Va \over R} + {Vb \over 2R} + {Vc \over 4R} + {Vd \over 8R} \right)\\Vs = - {Rr \over R} \left( {Va \over 1} + {Vb \over 2} + {Vc \over 4} + {Vd \over 8} \right) \tag{2A}$$


Fig 2-I

Considerando o caso particular de Rr = R, a fórmula anterior fica:

$$Vs = -\left( {Va \over 1} + {Vb \over 2} + {Vc \over 4} + {Vd \over 8} \right) \tag{2B}$$

Com essa relação, é montada a Tabela 2-I, supondo, conforme já dito, que entrada lógica 0 é 0 V e 1 é 5 V (não considerado o sinal negativo da saída pois o que interessa são os valores absolutos para demonstrar o funcionamento). Para a primeira linha de dados (0000) o valor da saída é naturalmente zero. Para a segunda linha (0001) é:

| Vs | = 0/1 + 0/2 + 0/4 + 5/8 = 0,625 V

Para a terceira linha (0010),

| Vs | = 0/1 + 0/2 + 5/4 + 0/8 = 1,250

Repetindo o cálculo para as demais linhas, o resultado é o informado na tabela. Pode-se observar que os valores analógicos da saída são proporcionais aos valores digitais das entradas, com intervalo (resolução) de 0,625 V correspondendo ao intervalo 1 da entrada digital.

Tab 2-I
A (Va)B (Vb)C (Vc)D (Vd)|Vs|
00000,000
00010,625
00101,250
00111,875
01002,500
01013,125
01103,750
01114,375
10005,000
10015,625
10106,250
10116,875
11007,500
11018,125
11108,750
11119,375

Nota-se que o intervalo (e, portanto, a máxima tensão de saída) depende da relação Rr/R (1 neste exemplo) e que ela pode ser modificada para resultar em valores adequados ao circuito.

O número de dígitos binários da entrada também pode ser modificado, bastando adicionar ou remover resistências de entrada, obedecendo a relação 2n R (exemplo: para 5 dígitos binários, a resistência da entrada adicional Ve seria 16 R).
Referências
Brophy, James J. Basic Electronics for Scientists. USA: McGraw-Hill, 1977.
U. S. Navy. Basic Electronics. Hemus, 1976.

Topo | Rev: Dez/2007