KWALIFIKACJA ELM5 - CZERWIEC 2017

PYTANIE NR 7.
Jaką wartość powinny posiadać rezystory R1+R4 aby dany układ stanowił poprawnie działający przetwornik cyfrowo-analogowy? Bit oznaczony literą A jest bitem najmniej znaczącym.
Ilustracja przedstawia schemat układu elektronicznego, który jest przetwornikiem cyfrowo-analogowym (DAC).
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W przetworniku C/A z wagowaniem binarnym wkład kolejnych bitów musi rosnąć jak potęgi dwójki.
Dlatego rezystory przypisane do bitów powinny mieć proporcje 1:2:4:8 (np. R, 2R, 4R, 8R). Jeśli bit A jest najmniej znaczący, odpowiada najmniejszej wadze w sumie na wyjściu.

Pełne wyjaśnienie:

W prostych przetwornikach cyfrowo-analogowych opartych o wagowanie binarne każdemu bitowi przypisuje się określoną "wagę", czyli wpływ na wartość sygnału analogowego na wyjściu. W kodzie binarnym wagi kolejnych bitów rosną dwukrotnie: 1, 2, 4, 8… To oznacza, że zmiana stanu najmniej znaczącego bitu powoduje najmniejszy przyrost sygnału, a zmiana bardziej znaczących bitów daje odpowiednio większe przyrosty.

Aby układ działał poprawnie jako przetwornik C/A typu wagowego (z rezystorami dobranymi do wag), rezystory muszą być dobrane tak, żeby prądy lub napięcia składowe sumowały się w proporcjach odpowiadających wagom bitów. Typowym warunkiem jest zachowanie proporcji rezystancji 1:2:4:8, czyli przykładowo: R1=R, R2=2R, R3=4R, R4=8R (przy założeniu, że oznaczenia w schemacie odpowiadają kolejnym wagom).

Informacja, że bit A jest najmniej znaczący, jest kluczowa: najmniej znaczący bit ma najmniejszą wagę, więc musi odpowiadać najmniejszemu "krokowi" na wyjściu. W praktyce (zależnie od topologii) oznacza to przypisanie mu takiej gałęzi/rezystora, która daje najmniejszy udział w sumie. Odwrócenie kolejności wag (np. przypisanie największej wagi do LSB) spowoduje nielogiczne kroki i błędną charakterystykę przetwarzania.

Dlaczego pozostałe zestawy wartości bywają błędne? Najczęściej dlatego, że:

  • nie zachowują podwajania wag (np. brak proporcji 1:2:4:8), przez co kolejne bity nie dają równych, binarnie zgodnych przyrostów,
  • mają poprawne liczby, ale w złej kolejności względem tego, który bit jest najmniej znaczący,
  • sugerują inną topologię (np. drabinkę R-2R), która wymaga innego podejścia niż rezystory o wagach 1:2:4:8.

Na egzaminie warto zawsze sprawdzić dwie rzeczy: czy wagi bitów rosną dwukrotnie oraz czy informacja o bicie najmniej znaczącym została wykorzystana przy przypisaniu wartości rezystorów do konkretnych oznaczeń w schemacie.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Przetwornik C/A (DAC) zamienia wartość cyfrową (np. słowo binarne z mikrokontrolera) na sygnał analogowy, zwykle napięcie lub prąd. Używa się go m.in. do generacji poziomów sterujących, sygnałów testowych i prostych przebiegów analogowych tam, gdzie źródłem danych jest logika cyfrowa.
Bit najmniej znaczący odpowiada za najmniejszy krok na wyjściu DAC. Oznacza to, że jego gałąź w układzie powinna wnosić najmniejszy udział w sumie napięć/prądów. Jeśli pomylisz LSB z bardziej znaczącym bitem, otrzymasz błędne przyrosty i nieprawidłową charakterystykę przetwarzania.
W kodzie binarnym wagi kolejnych bitów rosną dwukrotnie. Aby suma składowych w DAC odpowiadała wartości binarnej, układ musi realizować te same proporcje wag w torze analogowym. Dlatego stosuje się dobór elementów tak, by uzyskać wkłady odpowiadające 1, 2, 4, 8… jednostek.
W przetworniku wagowym widać gałęzie z różnymi wartościami elementów (lub różnymi wzmocnieniami), które tworzą wagi 1:2:4:8. Drabinka R-2R jest bardziej regularna: powtarzają się tylko dwie wartości rezystancji (R i 2R) w strukturze "drabinki". Rozpoznanie topologii decyduje o doborze wartości.
Nie zawsze. Często wystarczy rozpoznać zasadę wagowania bitów i poprawne proporcje rezystancji, aby układ miał liniowe, binarnie zgodne kroki. Obliczanie napięcia wyjściowego pojawia się dopiero, gdy podane są: napięcie odniesienia, konfiguracja wzmacniacza oraz konkretne wartości R.
Najczęstsze pomyłki to: odwrócenie kolejności wag (przypisanie największej wagi do LSB), wybranie wartości "na oko" bez proporcji 1:2:4:8 oraz założenie, że każdy DAC to drabinka R-2R. Czasem myli się też, czy w danym układzie większa rezystancja oznacza mniejszy udział sygnału.
DAC wymaga bardzo dobrego zachowania proporcji wag. Jeśli rezystory mają duże tolerancje, wagi bitów "rozjeżdżają się", co powoduje błędy nieliniowości i brak monotoniczności (sygnał nie rośnie równo wraz ze wzrostem kodu). Dlatego w praktyce stosuje się precyzyjne rezystory lub układy scalone DAC.
Sprawdź, czy wkład kolejnych bitów jest dwukrotnie większy od poprzedniego oraz czy LSB daje najmniejszy przyrost. W układach rezystorowych oznacza to zwykle zachowanie właściwych proporcji elementów oraz poprawne przypisanie bitów do gałęzi. Potem można testowo policzyć kilka kodów i porównać przyrosty.
Zwykle chodzi o to, aby zależność między kodem cyfrowym a sygnałem analogowym była zgodna z wagami binarnymi (liniowa w sensie idealnego DAC) i aby każdy kolejny kod dawał przewidywalny przyrost wyjścia. W zadaniach szkolnych sprowadza się to do poprawnego wagowania 1:2:4:8 i właściwego LSB/MSB.
Opanuj: wagi bitów w kodzie binarnym, rozpoznawanie topologii (wagowy vs R-2R), wpływ rezystancji na prąd/napięcie w gałęzi oraz podstawy sumowania sygnałów (np. w węźle sumującym). Ćwicz na prostych schematach: wskaż LSB/MSB i wyprowadź proporcje elementów.
info

Około 57% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. średnie

Według specjalistów z branży: "W przetworniku C/A z wagowaniem binarnym wkład kolejnych bitów musi rosnąć jak potęgi dwójki.Dlatego rezystory przypisane do bitów powinny mieć proporcje 1:2:4:8 (np. R, 2R, 4R, 8R)."

Źródła:

  • Analog Devices: "Digital-to-Analog Converters (DAC)" — strona edukacyjna o zasadzie działania DAC i wagach bitów, https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/digital-to-analog-converters.html (dostęp 2026-03-01)
  • Texas Instruments: materiał aplikacyjny/nota o DAC (zasady kwantyzacji i wagi bitów), https://www.ti.com/lit/an/slaa013/slaa013.pdf (dostęp 2026-03-01)

Materiały:

  • Podstawy elektroniki analogowej i cyfrowej: kod binarny, wagi bitów
  • Noty aplikacyjne lub rozdziały podręczników opisujące przetworniki C/A (wagowe i drabinkowe)
  • Ćwiczenia z analizy schematów: mapowanie bitów na elementy i wpływ tolerancji rezystorów na liniowość

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego