数字电子技术基础赵进全—课件 9 数－模和模－数转换.ppt

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1、9数－模和模－数转换9.4采样－保持电路9.1概述9.2D/A转换电路9.3A/D转换电路9.1概述在自动检测和自动控制系统中，计算机检测和控制的对象一般是模拟信号，而计算机只能对数字信号进行运算和处理。为了把模拟信号送至计算机，首先把模拟信号变成相应的数字信号；计算机把对输入信号处理和运算后的结果转换成模拟信号送回系统。把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转换器（Analog-DigitalConverter，简称A/D转换器或ADC）。把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换，把相应的转换器件称为数-模转换器（Digital-AnalogConverter

2、，简称D/A转换器或DAC）A/D、D/A转换器在数字系统中的应用框图9.2D/A转换电路把输入数字量转换成与之成比例的输出电压或电流值。9.2.1D/A转换的基本原理DAC框图1.D/A转换的基本原理DAC输入的n位二进制数字信息Dn(Bn-1,Bn-2,…,B1、B0)，Dn按权展开式为输出电压uO或电流iO式中K为转换比例常数。当n=3时，DAC的输出与输入转换特性图，输出为阶梯波。2.电压型DACuo=(dn-12n-1+dn-22n-2+···+d121+d020)U=DnU输出电压值U等于Dn为1时，DAC输出的模拟电压值。U称为DAC的单位量化电压。DAC最大的输出电压

3、uOmax=(2n–1)U。3.电流型DAC一般常见的D/A转换器多是电流输出型的，为了得到模拟电压输出，可在它的后面接一个电流电压转换(I/V)电路。电流电压转换电路的输出电压的表达式为：uO=iORF9.2.2倒T型电阻网络D/A转换器由倒T形电阻网络、模拟开关和一个电流电压（I/V）转换。1.四位电压输出倒T形电阻网络DAC电路组成倒T型电阻网络DAC采用R-2R两种电阻构成电阻网络。倒T型电阻网络D/A转换器的基本思想是逐步分流原理和线性叠加原理。(1)当某位数码为1时，其相应的模拟开关把该支路接到I/V转换电路的输入端；当某位数码为0时，相应的模拟开关把该支路地。由于运算放大器

4、的反相输入端接地，不管数码是0还是1，流过倒形电阻网络各支路的电流不变。2.工作原理2.倒T形电阻网络的等效电路从A、B、C、D分别向左看进去对地等效电阻始终为R。I=VREF/R所以电流各支路电流：I3=I/2I2=I/4I1=I/8I0=I/16它们就是倒T形电阻网络中各2R支路的权电流。当输入数码为1时，相应的权电流输入到电流电压转换电路的输入端，当输入的数字代码为0时，相应权电流接地。2.输出电压同理，n位倒T形电阻网络DAC的输出电压其中，(-RFVREF/2nR)为DAC的单位量化电压。倒T形电阻网络存在的问题：实际的电子开关总存在一定的且不可能完全相同的导通电阻，这些电子开关与

5、倒T形电阻网络的个2R支路连接时，不可避免地会引入转换误差，影响转化精度。解决问题的方法之一是把倒T形电阻网络中各支路的权电流变为恒流源。这样就构成了权电流网络D/A转换器。9.2.3权电流网络D/A转换器1.四位二进制数权电流网络D/A转换器(1)电路主要组成I/V转换电路权电流网络模拟开关权电流网络由倒T形电阻网络和若干晶体管恒流源组成。由于恒流源的输出电阻极大，模拟开关导通电阻的变化对权电流的影响极小，大大提高了转换精度。(2)输出电压式中IRF/16为D/A转换器的单位量化电压。uo=DnIRF/16DAC0808是一种常用的8位权电流网络D/A转换器。9.2.4集成D/A转换器1.

6、DAC0808管脚图典型应用电路图典型应用电路图典型应用电路输出电压为DAC0808的典型应用参数为VCC=+5V；VEE=-15V；-10V≤uo≤+18V；UREF(+)max=+18V；AD561集成D/A转换器是10位权电流网络D/A转换器，它将基准电源也集成在片内，使用时只需外接运算放大器即可。2.AD561管脚图典型应用电路图基准电压用来产生D/A转换器的单位量化电流，也可为偏移电压输入端提供一稳定的偏移电压。典型应用电路图AD561内的基准电源电路产生输出电压为2.5V的高稳定度和高精度基准电压。当偏移电压输入端②脚悬空时，输出电压uo=10Dn/210V式中10/210伏为D

7、/A转换器的单位量化电压。典型应用电路图uo=10Dn/210V得到的单极性输出电压:当Dn=00…0~11…1时uO=0~+9.990V将②端通过R3接到运算放大器的反相输入端，如图中虚线所示，则在uo端可以得到5.000V~+4.990V的双极性输出电压。偏移电压输入端的作用是把单极性DAC变成双极性DAC。(1)数-模转换9.2.5集成D/A转换器的应用阶梯波形发生电路(a)电路图(b)波形图(2)波