模数与数模转换电路

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1、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。重点与难点重点：模数与数模转换原理；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、四第9章模数与数模转换电路9.1概述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）。9.2数模转换器(DAC)一．作

2、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9-1D/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Si由n位二进制数D的每一位数码Di来控制，Di=0时开关Si将该路电阻接通“地端”，Di=1时Si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

3、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”，VA=0，各支路电流分别为图9-2权电阻网络D/A转换器……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In-1+In-2+…+I0=If以上各式联立得，从上式可见，输出模拟电压uO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

4、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。9.2.1T型网络DAC一．电路组成如图9-3所示。图9-3T型电阻网络4位D/A转换器的原理图二，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9-4b）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9-4c）、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D0VR/16，此时转换器

5、的输出uO（0）=D0VR/162．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9-5d）所示。故D1、D2、D3单独作用时转换器的输出分别为uO（1）=D1VR/8uO（2）=D2VR/4uO（3）=D3VR/2图9-5D1,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uO=uO（0）+uO（1）+uO（2）+uO（

6、3）==×（D0×20+D1×21+D2×22+D3×23）图9-4D0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uO=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

7、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一．电路组成如图9-6所示。图9-6倒T型电阻网络D/A转换器二．工作原理由于P点接地、N点虚地，所以不论数码D0、D1、D2、D3是0还是1，电子开关S0、S1、S2、S3都相当于接地，因此，图中各支路电流I0、I1、I2、I3和IR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IR=VR/R，而流入各2R支路的电流依次为I3=IR/2I2=I3/2=

8、IR/4I1=I2/2=IR/8I0=I1/2=IR/16流入运算放大器反相端的电流为Iout1=D0×I0+D1×I1+D2×I2+D3×I3=(D0×20+D1×21+D2×22+D3×23)×IR/16运算放大器的输出电压为uO=-Iout1Rf=(D0×20+D1×21+D2×22