ADC

1. Obiettivo del Circuito

Lo scopo dell'esperienza è realizzare un convertitore analogico-digitale di tipo Flash, utilizzando una rete di comparatori operazionali e un codificatore di priorità 74LS148N. Il circuito converte un segnale analogico variabile in un codice digitale.

2. Componenti Utilizzati.

• Alimentazione continua: 5 V
• Generatore di funzioni (XFG1)
• 7 resistori da 1 kΩ
• Comparatori operazionali (OPAMP_5T_VIRTUAL)
• Codificatore di priorità 74LS148N

schema circuitale:

3. Descrizione del circuito

Il circuito è composto da tre sezioni principali.

Partitore resistivo

La colonna di resistori da 1 kΩ crea una serie di tensioni di riferimento equidistanti.

Con una tensione di alimentazione di 5 V, ogni resistore introduce una caduta di circa:

V = (5 V / 7) = 0,714 V

Quindi le tensioni di riferimento saranno:

• 0,71 V
• 1,43 V
• 2,14 V
• 2,86 V
• 3,57 V
• 4,29 V
• 5,00 V

Queste tensioni vengono inviate ai comparatori.

Comparatori operazionali

Il generatore di funzioni fornisce un segnale analogico variabile (nell'immagine è impostato a):

• Frequenza = 1 Hz
• Ampiezza = 5 V
• Offset = 0 V

Ogni comparatore confronta la tensione d'ingresso con una diversa tensione di riferimento.

All'aumentare della tensione d'ingresso si attivano progressivamente più comparatori

Encoder 74LS148N

Le uscite dei comparatori vengono collegate agli ingressi del 74LS148N.

Questo integrato è un Priority Encoder 8→3, che trasforma gli ingressi attivi in un numero binario composto da 3 bit.

Le uscite osservabili sono:

• X1
• X2
• X3

Questi tre bit rappresentano digitalmente l'intervallo di tensione nel quale si trova il segnale analogico.

4. Principio di funzionamento

• 1. Il generatore produce una tensione variabile.
• 2. Il partitore resistivo genera le tensioni di riferimento.
• 3. Ogni comparatore confronta il segnale con la propria soglia.
• 4. Le uscite dei comparatori formano un codice "a termometro" (più comparatori risultano attivi all'aumentare della tensione).
• 5. Il 74LS148N trasforma gli ingressi attivi in un numero binario composto da 3 bit.
• I LED mostrano il valore digitale ottenuto

5. Osservazioni

Durante la simulazione si osserva che:

• aumentando la tensione d'ingresso si accendono progressivamente i comparatori;
• il codificatore aggiorna automaticamente le tre uscite digitali;
• i LED mostrano il codice binario corrispondente al livello della tensione applicata.

Nello screenshot allegato il generatore fornisce circa 2,5 V, infatti il valore si trova circa a metà della scala di conversione e il codificatore produce il corrispondente codice binario.

6. Conclusioni

L'esperienza ha permesso di comprendere il funzionamento di un ADC Flash, uno dei convertitori analogico-digitali più veloci. Il partitore resistivo genera le soglie di confronto, i comparatori stabiliscono il livello del segnale analogico e il codificatore 74LS148N traduce il risultato in un codice binario di 3 bit. Sebbene richieda un numero elevato di comparatori (uno per ogni livello di soglia), questo tipo di convertitore offre tempi di conversione molto ridotti, caratteristica che lo rende adatto ad applicazioni ad alta velocità.