KWALIFIKACJA INF1 - CZERWIEC 2016

PYTANIE NR 11.
Która sekwencja została podana na wejście przetwornika C/A, jeżeli na wyjściu przetwornika otrzymano napięcie Uwy = 3V przy napięciu odniesienia Uodn = - 4V ?
Ilustracja przedstawia schemat przetwornika cyfrowo-analogowego (C/A) typu R-2R, który jest używany w kontekście
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Dla idealnego 3-bitowego przetwornika C/A w konfiguracji odwracającej przyjmuje się zależność
Uwy = −Uodn · (a1/2 + a2/4 + a3/8)
Po podstawieniu Uodn = −4 V i Uwy = 3 V otrzymujemy sumę wag równą 3/4, co spełnia słowo 110 (1/2 + 1/4 = 3/4).

Pełne wyjaśnienie:

W idealnym przetworniku C/A o rozdzielczości 3 bitów każdy bit ma przypisaną wagę: najstarszy bit wnosi 1/2 pełnej skali, kolejny 1/4, a najmłodszy 1/8. W wielu zadaniach egzaminacyjnych przyjmuje się model układu odwracającego (np. sumator na wzmacniaczu operacyjnym), w którym napięcie odniesienia wpływa na znak wyniku. Dla takiego modelu wygodny zapis to:

Uwy = −Uodn · (a1/2 + a2/4 + a3/8)

gdzie a1, a2, a3 przyjmują wartości 0 lub 1.

Skoro podano Uodn = −4 V oraz zmierzono Uwy = 3 V, to:

3 V = −(−4 V) · (a1/2 + a2/4 + a3/8)
3 V = 4 V · (a1/2 + a2/4 + a3/8)
(a1/2 + a2/4 + a3/8) = 3/4

Szukamy więc takiej kombinacji wag, która daje dokładnie 3/4. Z podanych sekwencji:

  • 110 daje 1/2 + 1/4 + 0 = 3/4, więc Uwy = 4 V · 3/4 = 3 V — to jest zgodne z treścią.
  • "101" odpowiada 1/2 + 0 + 1/8 = 5/8, co dałoby 4 V · 5/8 = 2,5 V, więc napięcie byłoby inne.
  • "011" odpowiada 0 + 1/4 + 1/8 = 3/8, co dałoby 1,5 V.
  • "010" odpowiada 0 + 1/4 + 0 = 1/4, co dałoby 1 V.

Typowa pułapka w tego typu zadaniach to błędna interpretacja znaku: ujemne Uodn nie oznacza automatycznie ujemnego Uwy, jeśli w modelu występuje odwrócenie znaku (minus przed Uodn). Druga częsta pomyłka to mylenie wag bitów z "wartościami" 4-2-1 bez przeskalowania do ułamków pełnej skali.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Przetwornik C/A (cyfrowo-analogowy) zamienia słowo cyfrowe (ciąg bitów 0/1) na sygnał analogowy, najczęściej napięcie. Dzięki temu układ cyfrowy może sterować elementami analogowymi, np. poziomem sygnału, progiem detekcji lub napięciem sterującym w module urządzenia.
Uodn wyznacza skalę przetwarzania, czyli jak duże może być napięcie na wyjściu dla maksymalnego kodu. W idealnym modelu napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do Uodn i do wartości słowa wejściowego (wag bitów). Zmiana Uodn zmienia "krok" i pełną skalę.
W wielu układach DAC spotyka się konfigurację odwracającą (np. z sumatorem na wzmacniaczu operacyjnym), gdzie we wzorze występuje znak minus. Wtedy ujemne Uodn po uwzględnieniu odwrócenia daje dodatni wynik Uwy. Kluczowe jest przyjęcie właściwej zależności z treści/założeń zadania.
W idealnym 3-bitowym DAC wagi odpowiadają ułamkom pełnej skali: najstarszy bit ma wagę 1/2, kolejny 1/4, a najmłodszy 1/8. Oznacza to, że ustawienie bitu na "1" dodaje do sumy odpowiedni ułamek, a ustawienie na "0" nie wnosi nic do wyniku.
Najpierw zapisujesz zależność Uwy od Uodn i wag bitów (np. suma a1/2 + a2/4 + a3/8). Potem przekształcasz wzór, aby wyznaczyć wymaganą sumę wag. Na końcu dobierasz bity 0/1 tak, by suma wag dała obliczoną wartość. To zwykle kilka prostych kroków.
To 3-bitowe słowo wejściowe. "1" przy a1 oznacza włączenie wagi najstarszego bitu (1/2 skali), "1" przy a2 włącza kolejną wagę (1/4 skali), a "0" przy a3 wyłącza najmłodszy bit (1/8 skali). Suma włączonych wag decyduje o napięciu wyjściowym.
Najczęstsze są: pomylenie wag bitów (np. 1/4 z 1/8), nieuwzględnienie znaku przy Uodn w konfiguracji odwracającej, oraz zgadywanie kodu bez obliczeń. Błąd daje zwykle napięcie "bliskie" poprawnemu, więc warto zawsze sprawdzić wynik przez podstawienie z powrotem do wzoru.
Nie. Zależy to od architektury (np. drabinka R-2R, przetwornik prądowy, układ odwracający/nieodwracający) oraz od sposobu kodowania (unipolarne, bipolarne, z przesunięciem). Na egzaminie zwykle stosuje się uproszczony model idealny, ale warto zwracać uwagę na znaki i opis zadania.
Przetworniki C/A pojawiają się w układach sterowania i generacji sygnałów: w torach audio, w układach testowych, w modułach pomiarowych oraz w urządzeniach, gdzie procesor lub mikrokontroler musi wytworzyć poziom analogowy. W serwisie ważna jest umiejętność powiązania kodu cyfrowego z napięciem.
Najlepiej zapamiętać ułamki wag: 1/2, 1/4, 1/8. Wyznacz wymaganą sumę wag (np. 3/4) i dobierz bity "od największej wagi": najpierw 1/2, potem 1/4, na końcu 1/8. Na koniec wykonaj szybkie podstawienie do wzoru, by potwierdzić napięcie.
info

Statystycznie 31% uczniów zna prawidłową odpowiedź. bardzo trudne

Źródła:

  • All About Circuits (Textbook) – "Digital-to-Analog Converters (DAC)" (opis zasady działania i skalowania), https://www.allaboutcircuits.com/textbook/digital/chpt-13/digital-to-analog-conversion/ (dostęp: 2026-03-01)
  • Wikipedia – "Digital-to-analog converter" (pojęcia: rozdzielczość, napięcie odniesienia, kod), https://en.wikipedia.org/wiki/Digital-to-analog_converter (dostęp: 2026-03-01)
  • Wikipedia – "R–2R ladder" (wagi bitów i idea sumowania prądów/napięć), https://en.wikipedia.org/wiki/R%E2%80%932R_ladder (dostęp: 2026-03-01)

Materiały:

  • Podręcznik/opracowanie z podstaw elektroniki cyfrowej (liczby binarne, wagi bitów)
  • Materiały dydaktyczne o przetwornikach C/A (R-2R, sumatory odwracające)
  • Zestawy zadań z obliczania Uwy dla przetworników 3–8 bitów

Aktualizacja pytania: 03.04.2026



Aktualizacja pytania: 03.04.2026
📡 Brak połączenia internetowego