模数与数模转换电路

第9章模数与数模转换电路

课题第9章模数与数模转换电路

理论课

时

4

实验课

时

4 教学目的

1•掌握模数与数模转换原理；

2•掌握模数与数模转换电路的应用。

重点与重点：模数与数模转换原理；

难点难点：模数与数模转换电路的应用。

教学方法讲授法、演示法：多媒体课件讲授、配合板书。

教学内容

1•模数转换器（ADC）;

2•数模转换器（DAC）。

课后作业

习题九

一、二、三、四

9.1 概述

9.2 数模转换器（DAC）

一•作用

D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成电压或电流形式的模拟量输出。

二•电路组成

如图9-1所示

图9-1 D/A转换器的一般结构

三.应用

图9-2就是按这种方法实现的D/A转换器，实际上，这是一个加权加法运算电路。图中电阻网络与二进制数的各位权相对应，权越大对应的电阻值越小，故称为权电阻网络。图中

VR为稳恒直流电压，是 D/A转换电路的参考电压。n路电子开关S i由n位二进制数D的每能够把模拟量转变为数字量的器件叫模拟-数字转换器（简称 A/D转换器）。

能够把数字量转变为模拟量的器件叫数字-模拟转换器（简称 D/A转换器）。

参考电压］

/

一位数码Di 来控制，Di =O 时开关S i 将该路电阻接通“地端” ，Di =1时S i 将该路电阻接通 参考电压 VR 集成运算放大器作为求和权电阻网络的缓冲，主要是为了减少输出模拟信号 负载变化的影响，并将电流输出转换为电压输出。

图9-2中，因A 点“虚地”，V A=O,各支路电流分别为

-- 岗0

-

9-2 权电阻网络D/A 转换器

In -1+ In -2+ …+ I 0= If 以上各式联立得，

U o

咯 V R

(D

n 1 2

n 1

D n 2 2n 2 D o 20

)

R

从上式可见，输出模拟电压

u O 的大小与输入二进制数的大小成正比，实现了数字量到

模拟量的转换。

权电阻网络D/A 转换器电路简单，但该电路在实现上有明显缺点，各电阻的阻值相差较大， 尤其当输入的数字信号的位数较多时，

阻值相差更大。这样大范围的阻值， 要保证每个都有

很高的精度是极其困难的，不利于集成电路的制造。为了克服这一缺点， D/A 转换器广泛采

用T 型和倒T 型电阻网络 D/A 转换器。

I n I n

D n I V R

R

n 1

D n 2V R

D

n 1

2n

V R

I f

R

i 2

D

n 2

2n

R

V R

D O V R

D o 20

又因放大器输入端“虚断” ，所以，图9-2 权电阻网络D/A 转换器

U o R f

921 T 型网络DAC •电路组成

如图9-3所示。

2.当D1单独作用时，

T型电阻网络如图9-5( a)所示，其d点左下电路的戴维兰等效如图9-5( b)所示。同理，D2单独作用时d点左下电路的戴维兰等效电源如图9-5( C)所示；D3单独作用时d点左下电路的戴维兰等效电源如图9-5 d)所示。故DI、D2、D3单独作用时

转换器的输出分别为

u O( 1) =D1VR8

u O( 2) =D2VR4

u O( 3) =D3VR2

图9-3 T型电阻网络4位D/A转换器的原理图

:■，工作原理

1.当D0单独作用时, T型电阻网络如图9-4a)所示。把a点左下等效成戴维兰电源，如图9-4 b)所示；然后依次把b点、c点、d点它们的左下电路等效成戴维兰电源时分别如图

9-4 c )、d)、e)所示。由于电压跟随器的输入电阻很大，远远大于R,所以，D0单独作用时d点电位几乎就是戴维兰电源的开路电压D0VR16，此时转换器的输出

u O( 0)=D0VR

16

>D Tl

& r ti r rt

图9-5 D1,D2,D3 单独作用时T型电阻网络的戴维南等效电路

利用叠加原理可得到转换器的总输出为

u O=u O (0)+u O( 1)+u O (2)+u O (3)

=D0V R D I V R D2V R D3V R

16 8 4 2

=当X( D O X 2°+D1 X 21+0 22+如 23)

24

图9-4 DO单独作用时T型电阻网络的戴维南等效电路3.结论

可见，输出模拟电压正比于数字量的输入。推广到n位，D/A转换器的输出为

u O=V^^(D° 2° D i 21D

n 1

2n 1) 2n

T型电阻网络由于只用了R和2R两种阻值的电阻，其精度易于提高，也便于制造集成

电路。但也存在以下缺点：在工作过程中，T型网络相当于一根传输线，从电阻开始到运放

输入端建立起稳定的电流电压为止需要一定的传输时间，当输入数字信号位数较多时，将会影响D/A转换器的工作速度。另外，电阻网络作为转换器参考电压VR的负载电阻将会随二

进制数D的不同有所波动，参考电压的稳定性可能因此受到影响。所以实际中，常用下面的

倒T型D/A转换器。

9.2.2 倒T型网络DAC

电路组成

如图9-6所示。

图9-6倒T型电阻网络 D/A转换器

1.工作原理

由于P点接地、N点虚地，所以不论数码D0、DI、D2、D3是0还是1,电子开关SO、

S1、S2、S3都相当于接地，因此，图中各支路电流10、11、I2、I 3和I R大小不会因二进制数的不同而改变。并且，从任一节点a、b、c、d向左上看的等效电阻都等于R,所以流

出VR的总电流为