模拟量输出电路

文件编号：INVT0_013_0005_CBB_01
CBB规范
模拟量输出电路
(VER:V1.0)
拟制：华时间：2009-05-26
批准：时间：
文件评优级别：□A优秀□B良好□C一般
1 功能介绍
目前许多单片机本身都不具备模拟量输出（DAC）功能，但可以输出PWM信号，本电路实现了将频率为10K，幅值为5V的PWM信号转换成0~10V电压或者0~20mA电流的模拟量信号输出。

2 详细原理图
工作原理说明：
（1）输入频率为10K，幅值为5V的PWM信号，经过元件R1、C1、R2、C3二阶低通滤波后转换成0~5V的电压信号；
（2）运放U1A是一个同相放大器，对输入信号放大（1+R6/R5）倍，所以输出电压Uout 对应0~10V；
（3）虚线框内部分构成了一个恒流源，电流大小就是Iout=Uout*R7/R8/R13;
（4）通过短接片跳线可以选择输出电流或者电压信号。

3 器件功能
❖电阻R1、R2及电容C1、C3构成二阶RC低通滤波器，将输入PWM信号转换成对应电压。

❖U1A为同相输入运算放大器；
❖U1B构成了一个恒流源；
❖二极管D1，对端子信号进行电压钳位，防止电压过高或者过低，起保护作用；
❖电容C2、C4为芯片TL082的滤波电容；
❖ C5、C6，输出电压滤波，减少电压纹波作用； ❖ Q1、Q2三极管，增加电流驱动能力； ❖ R9、R11，三极管基极限流电阻。

4 参数计算
4.1 运算放大器：
选择常用TL082。

4.2 电阻R1、电容C1、电阻R2、电容C3：
构成二阶低通滤波电路，必须满足截止频率远远小于输入的PWM 频率，这里电阻我们选用22K ，兼顾到响应速度，电容C1选用0.1uF 电容，为了更好地稳定运算输入端电压，电容C3这里选用1uF 电容。

滤波积分时间常数为：
3121C C R R ⨯⨯⨯=μμ1.012222⨯⨯⨯K K =7mS
符合使用要求。

4.3 电容C2、C4：
芯片电源滤波电容，选择常用的0.1uF 电容。

4.4 电容C5、
滤波作用，直接与外端输出端子相连，一方面减少输出电压纹波，另一方面也可以抑制外部输入的干扰信号。

这里选用0.1uF/100V 电容。

4.5 电容C6：
滤波电容，抑制电压纹波，选择1uF/50V 电容。

4.6 电阻R5、R6的选取：
0~5V 的信号通过同相放大器放大到0~10V 输出，放大倍数为（1+R6/R5），输入信号0~5VPWM 信号需要转换成0~10V 输出。

考虑到输入的PWM 信号有可能会略低于5V ，所以放大倍数稍大于2，这里R5选择9.1K ，R6选择10K 。

4.7 恒流源电路，电阻R7、R8、R10、R11、R13：
典型的恒流源电路，由图可知：
)87/(7*)2_(2_R R R U Uout U U +-+=+ )1210/(10*1_R R R U U +=-
对于运放有-≈+U U ，所以有：
)1210/(10*1_)87/(8*2_)87/(7*R R R U R R R U R R R Uout +≈+++
我们取电阻R8=R10，R7=R12，则有：
8/12*2_1_R R Uout U U =-
当R13<<R7，输出电流Iout 就等于流过R13的电流。

输出电流Iout 与电压Uout 的关系：
13
812R Uout
R R I out ⨯
=
这里我们R13取100欧姆，R12=R7=20k，R8=R10=100k，因为Uout范围为0~10V，所以输出电流Iout对应为0~20mA。

4.8二极管D1：
由于此处二极管的电流和工作电压小，此处选公司的优选器件MMBD7000LT1。

4.9三极管Q1、Q2：
由于运放驱动电流有限，通过三极管起增加驱动电流作用，此处选公司的优选器件MMBT4401L，由于三极管电流上升有一定时延，在这用两组并联可加快响应速度和电流驱动能力。

4.10电阻R9、R11：
三极管基极电阻，选择1K电阻即可。

5 器件可靠性分析(可选)
此电路已大批量应用于我司产品，各项目测试指标正常，目前未反馈故障情报。

6 电路测试数据(可选)
略
8 关键器件资料
略。