数字-模拟转换器(DAC)原理研究

电路分析专题研讨报告

数字-模拟转换器(DAC)原理研究

摘要：

数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路，通常称为D/A转换器或DAC。我们分析了D/A转换的原理，以三位转换器为主要的研究对象，利用Multisim对输出信号进行了仿真。

成绩评定：

10221062

数字-模拟转换器(DAC)原理研究

一．内容描述：

D/A 转换器通常是把加权值与二进制码的各比特相对应的电压或者电流，按二进制码进行相加，从而得到模拟信号的方法。产生加权电压和电流的方法有使用负载电阻的方法和使用梯形电阻网络的方法。

二．实验原理：

如图可作为研究DA 转换电路的模型，其中开关20，21，22 分别与三位二进制数相对应。当某位二进制数为“1”时开关接入相应电压Vs ，为“0”时开关接地。

利用叠加定理和等效分析证明运放输出电压与3 位二进制数字成比例。即

其中：012D D D 用来控制电路图中得三个开关。（从右往左依次是

012D D D ）

证明：

当J1接左端，J2、J3接右端时，即D0=1，D1=D2=0；分析等效电路

逐步简化电路如下：

进一步等效

最终等效电路：

从而

同理：

当J2接左端，J1、J3接右端时，分析等效电路，得

当J3接左端，J1、J2接右端时，即D2=1，D0=D1=0，分析等效电路，得

•) V s=12D x

•因此，U1=1/12 V s V U2=1/6V s U3=1/3V s

• =D0 =2D1 =22D2

由线性电路的叠加原理，得

三．仿真过程：

（1）输入电压001，V0=1V

（2）输入电压010，V0=2V

（3）输入电压011，V0=3V

（4）输入电压100，V0=4V

（5）输入电压101，V0=5V

（6）输入电压110，V0=6V

（7）输入电压111，V0=7V

由仿真结果得到表格：

与实际值相符合。

四．利用Multisim产生周期为16us，幅度为7V 的锯齿波和三角波和方波的数字信号。

输出锯齿波、三角波、方波时的仿真电路图：

（1）锯齿波参数设置

模拟仿真结果

（2）三角波参数设置

模拟仿真结果

（3）方波参数设置

模拟仿真结果

五．查阅DAC0832 芯片手册，分析其倒置R-2R 电阻网络进行DAC 转换原理。当其输出接电流电压转换运放如图时，推导其输出电压VOUT 与参考电压VREF和8 位二进制数字量的关系。

分析：

•1)先求第一个电压源单独作用对电压的贡献：

•假设有N个12V电压源；

•则含电压源的支路的电流为(从最右边看进去的电阻为3R=3Kohm)

•I0=12D X/3R;

•则对最后电压贡献V1=I0/2N-1 *R=4D0/2N-1

2)以此类推：

第n个电压源单独作用时：V n=I0/2N-n *R=4D n/2N-n

由叠加定理：N个电压源共同作用时：

V=V1+V2+………+V N=4(D0/2N-1 +D1 /2N-2+….+D N )

=4/2N-1(D0+2D1+…+2N D N) •当N=3时，即为第一个电路的结论。如下：

•当N=8时，如下：

V0 = 4/28-1(D0+2D1+…+28 D N)

六．设计一个数字控制增益的电压放大器，V0=knVi，其中n=0-15，k=2, Vi=+/-5V。

仿真电路图如下：

•反向增益放大器正向增益放大器跟随器

•简单证明：

•V2–V1=IR1 (0-V- )/R4=(V- - V6)/R3 V1=V4

•V1 - V3 =IR2 V+=V-

•V1=0 - ->>V6=2V+

•----->>V3 =-V2

•

图中有三种放大器：

第一种是反向增益放大器，放大倍数为一倍，第二种是正向增益放大器，放大倍数为两倍，第三种是跟随器，由电路原图可以看到，第一次电路接的是跟随器，它的作用是得到左边的输出电压同时右边所接的负载对电压没有影响，第二个放大器可以看到作用是正向放大二倍，为了得到正向电压，又接了跟随器和反相器，故得到的电压相对于原输出电压为正。

模拟仿真结果：

七．总结

本次研讨我们对第一个题目进行了研究。在实验过程中用到不少书上的理论知识，比如直流电路的等效变换以及叠加性质，特别是运算放大器的使用，实际运算放大器要考虑所给的运算放大器的最大供电电压，还有就是运算放大器的反向，正向，跟随的作用。通过实验，我们学会了用Multisim软件进行分析，对数模转换的原理也有了更加深入的认识。

八．参考文献

[1]闻跃、杜普选、高岩《基础电路分析》北京交通大学出版社，2008

[2]常昌远，赵宁，刘正军《基于EDA的D/A数模转换器的仿真研究》现代电子技术，2008