Un DAC de cuatro bits con escalera R–2R
Convierte cuatro bits en tensión
DAC significa Digital to Analog Converter, convertidor digital a analógico: transforma un número en tensión. La escalera R–2R usa resistencias R y doble R. Un bit vale 0 o 1. LSB (Least Significant Bit), bit menos significativo, pesa 1; MSB (Most Significant Bit), más significativo, pesa 8 aquí. Cuatro bits eligen 16 niveles.
MESA DE EXPERIMENTOS
Cambia los ajustes del circuito, predice las lecturas y comprueba un reto. Son modelos educativos; cada lección explica sus supuestos.
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Cómo funciona
Escalera ideal de cuatro bits con un búfer que sigue la tensión sin cargarla. Salida sin carga, referencia Vref de 1–5 V. No se modelan errores, transitorios de conmutación, tiempo de establecimiento ni límites de corriente.
b0–b3 pesan 1, 2, 4 y 8; código es su suma ponderada. Vout es tensión de salida y Vref la referencia. Un paso LSB es Vref/16. El código 15 queda un paso por debajo de Vref.
Dificultad
Construye · Observa
Enciende con Vref = 5 V. Solo b3 = 1, código 8, da 2.5 V.
¿Necesitas una pista?
Vref=5 V; b3=1; b2=b1=b0=0 → 2.5 V
Explora · Experimenta
Mantén Vref = 5 V. b2 = b0 = 1, los demás 0: código 5 da 1.5625 V.
¿Necesitas una pista?
Vref=5 V; b2=b0=1; b3=b1=0 → 1.5625 V
Resuelve · Resuelve
Con Vref = 5 V pon los cuatro bits a 1, código 15. Alcanza 4.6875 V y explica el último paso ausente.
¿Necesitas una pista?
Vref=5 V; b3=b2=b1=b0=1 → 4.6875 V
Lecturas adicionales y recetas de circuitos
Un DAC de cuatro bits con escalera R–2R
Un controlador digital guarda números; un circuito analógico responde a tensión. La escalera conecta ambos mundos: los interruptores seleccionan fracciones de referencia que se suman en la salida.
code = b0 + 2b1 + 4b2 + 8b3; Vout = Vref × code/16; ΔV = Vref/16
A 5 V, un paso es 0.3125 V. El máximo son 15 pasos, 4.6875 V. No hay valores entre peldaños sin otro circuito que modifique la salida.
Una conexión útil
Bastan dos valores de resistencia. Importa la precisión de sus proporciones, no un valor absoluto mágico.
Un detalle sorprendente
Añadir un bit duplica los códigos y reduce a la mitad el paso ideal con la misma referencia.
Un error que conviene evitar
Los dieciséis códigos van de 0 a 15. Dividir por 15 sería incorrecto para esta ecuación.
Con código 8, Vref cambia de 5 V a 2 V. Vout será…
- 1 V
- 2 V
- 2.5 V
Leer más
El código 8 elige media referencia: 2 × 8/16 = 1 V.
Media referencia
Activa solo el bit más significativo.
Código 8 produce 2.5 V con referencia de 5 V.
El primer peldaño
Activa solo el bit menos significativo.
Código 1 produce 0.3125 V con referencia de 5 V.
Prueba otro cambio
Compara 7 (0111) y 8 (1000). Cambian muchos bits, pero la tensión solo sube un paso. Los interruptores reales pueden generar un transitorio breve, omitido aquí.