第8章_数模模数转换器

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1、第8章数/模、模/数转换器先导案例8.1D/A转换器8.2A/D转换器先导案例数字电压表(数字面板表)是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量工具.有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。它把被测电压的数值通过数字技术变换成数字量.然后用数码管以十进制数字显示被测量电压值。数字式电压表具有高精度、量程宽、显示位数多、分辫率高、易于实现测量自动化等优点.在电压测量中也占据了越来越重要的地位。其外形如图8-1所示.组成框图如图8-2所示。本案例要解决的问题是:如何利用模数、数模转换器来制作数字电压表电路板

2、。下一页返回先导案例从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换，简称A/D转换（AnalogtoDigitalConversion）从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换，简称D/A转换((DigitaltoAnalogConversion)。实现上述两种转换过程的电路称为A/D转换器和D/A转换器简称ADC和DAC,它们是数字系统中不可缺少的部件，是模拟系统和数字系统的接口电路。例如全自动照相机自动调节光圈的控制如图8-3所示返回上一页8.1D/A转换器8.1.1D/A转换器电路及原理为了将数字信号转换成模拟信号，必须将

3、每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟信号，然后将这些模拟量相加，就可得到与相应的数字量成正比的总的模拟量，从而实现了从数字信号到模拟信号的转换。这就是组成D/A转换器的基本指导思想。N位D/A转换器的框图如图8-4所示下一页返回8.1D/A转换器8.1.2二进制权电阻网络D/A转换器1.权电阻网络D/A转换器电路及转换原理图8-5是4位权电阻网络D/A转换器的原理图，它由权电阻网络、模拟开关、求和放大器三部分组成。权电阻网络中每个电阻的阻值与对应位的权成反比。开关S3,S2,S1,S0受输入代码d3,d2,d1,d0的

4、状态控制，四个电阻的阻值与二进制各位的权正好成反比，最低位d0对应的电阻最大，最高位d3对应的电阻最小，当输入第i位信号为0时di=0时，模拟电子开关Si断开,di=1时，模拟电子开关Si闭合,下一页返回上一页8.1D/A转换器2.权电阻网络D/A转换器的优、缺点优点：电阻较少，电路结构简单，可适用于各种有权码，各位同时进行转换，速度较快。缺点：各个电阻的阻值相差很大，尤其在输入信号的位数较多时，问题就更突出了。下一页返回上一页8.1D/A转换器8.1.3T型电阻网络D/A转换器为了克服权电阻网络D/A转换器中电阻阻值相差

5、过大的缺点，又研制出了如图8-6所示的T型电阻网络D/A转换器，由R和2R两种阻值的电阻组成T型电阻网络(或称梯型电阻网络)为集成电路的设计和制作带来了很大方便。网络的输出端接到运算放大器的反相输入端。下一页返回上一页8.1D/A转换器当输入的数字信号的某一位为“1”时，开关接到参考电压UR上，为“0”时接地，这个T型电阻网络开路时的输出电压UA(未接运算放大器时)可以应用叠加原理进行计算。即分别计算当d0=1，d1=1，d2=1，d3=1，(其余位为0)时的电压分量，然后叠加得到总的电压UA。当d0=1，其余各位为0时，

6、即d3d2d1d0=0001，其电路如图8-7所示。下一页返回上一页8.1D/A转换器把运算放大器接成反相比例运算电路，T型电阻网络输出的等效电压UA作为信号源，加到集成运放的输入端，因此，T型电阻网络D/A转换器的等效电路可以画成图8-8的形式，于是得到集成运放的输出电压为可见，输入的数字量被转换为模拟量，而且两者成正比。下一页返回上一页8.1D/A转换器R-2RT型电阻网络D/A转换器的优点是只需R和2R两种阻值的电阻，这对选用高精度电阻和提高转换器精度都是有利的，缺点是使用的电阻数量较大。此外，在动态过程中会有传输线

7、延迟。提高转换速度和减小尖峰脉冲的有效方法是将图8-7电路改成倒T型电阻网络D/A转换器，如图8-9所示由图可见，当输入数字信号的任何一位是1时，对应的开关便将电阻接到运算放大器的输入端，而当它是0时，将电阻接地。因此，不管输入信号是1还是0，流过每个支路电阻的电流始终不变。下一页返回上一页8.1D/A转换器8.1.4主要技术指标1.分辨率D/A转换器能分辨最小输出电压变化量(ULSE)与最大输出电压(UMAX)即满量程输出电压之比。最小输出电压变化量就是对应于输入数字信号最低位为1，其余各位为0时的输出电压，记为ULSE

8、，满度输出电压就是对应于输入数字信号的各位全是1时的输出电压，记为UMAX下一页返回上一页8.1D/A转换器2.精度指实际输出电压与理论输出电压之间的偏离程度。通常用最大误差与满量程输出电压之比的百分数表示转换精度是一个综合指标，包括零点误差，它不仅与D/A转换器中的元件参数的精度有关，而且还与环境温度