《電工與電子技術(shù)》課件第15章

15.1D/A轉(zhuǎn)換器

15.2A/D轉(zhuǎn)換器

本章小結(jié)

習(xí)題15第15章D/A與A/D轉(zhuǎn)換電路15.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理

D/A轉(zhuǎn)換器是輸出與輸入數(shù)字信號(hào)成正比的電壓(電流)信號(hào)的裝置，它一般由五部分組成：精密基準(zhǔn)電壓(或電流)、輸入寄存器、模擬開關(guān)、產(chǎn)生二進(jìn)制權(quán)電壓或者權(quán)電流的譯碼電路、求和運(yùn)算放大器，其框圖如圖15-1所示。15.1D/A轉(zhuǎn)換器圖15-1D/A轉(zhuǎn)換框圖

1．權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器

1)電路組成

如圖15-2所示為四位權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器原理圖圖15-2D/A轉(zhuǎn)換框圖

2)工作原理

由D3、D2、D1、D0

控制所連電子開關(guān)，當(dāng)Di=1時(shí)，相連開關(guān)接UR。當(dāng)Di=0時(shí)，相應(yīng)開關(guān)接“0”。由理想運(yùn)放知：

令,則

同理，對(duì)一個(gè)n位電阻DAC，則可推出如下關(guān)系：

例如,若UR=+10V、R=2kΩ、Rf=1kΩ,D=

D3D2D1D0=1100,則模擬輸出電壓為

2．倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器

圖15-3所示為倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器。圖15-3倒T形電阻電路DAC從圖15-3中可以看出，由UR向里看的等效電阻為R，數(shù)碼無(wú)論是0還是1，開關(guān)Si都相當(dāng)于接地。因此，由UR流出的總電流為，而流入2R支路的電流以2的倍數(shù)遞減，因此流入運(yùn)算放大器的電流為

運(yùn)算放大器的輸出電壓為

若Rf=R，將代入上式，則有

15.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

1．分辨率

分辨率指輸入數(shù)字量從全0變化到最低有效位為1時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出可分辨的電壓變化量ΔU與最大輸出電壓Um之比，即

2．轉(zhuǎn)換精度

3．轉(zhuǎn)換時(shí)間15.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的一般過程

1．采樣和保持

如圖15-4所示是采樣保持電路原理圖及相應(yīng)波形圖，該圖用場(chǎng)效應(yīng)管組成模擬采樣開關(guān)，存儲(chǔ)元件電容C后跟一個(gè)電壓跟隨器。

2．量化和編碼

15.2A/D轉(zhuǎn)換器圖15-4采樣保持電路原理圖及波形圖15.2.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器

1．電路組成

如圖15-5所示是3位二進(jìn)制輸出的并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器邏輯圖圖15-5并行比較型A/D轉(zhuǎn)換邏輯圖

2．工作原理

并行ADC輸入、輸出狀態(tài)如表15-1所示。表15-1并行ADC輸入、輸出狀態(tài)表15.2.3雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

1.電路組成

如圖15-6所示是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器原理圖。

圖15-6雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器電路組成框圖

2.工作原理

轉(zhuǎn)換工作波形如圖15-7所示，其中T2是中間變量，且正比于輸入電壓。圖15-7雙積分式A/D轉(zhuǎn)換的波形圖15.2.4A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

1.分辨率

2．相對(duì)誤差

3．轉(zhuǎn)換時(shí)間

(1)D/A與A/D轉(zhuǎn)換器是模擬電壓和數(shù)字量轉(zhuǎn)換之間的橋梁。特別是近幾年來(lái)，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展(高精度，高速度，抗干擾能力強(qiáng))為現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制提供了較高的需求。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換相對(duì)比較重要。

(2)在D/A轉(zhuǎn)換器中，重點(diǎn)介紹了權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器與目前使用較多的倒T形網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器的基本工作原理及特點(diǎn)。

(3)在A/D轉(zhuǎn)換器中，討論了轉(zhuǎn)換速度快的比較型A/D轉(zhuǎn)換器和抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器。本章小結(jié)一、填空題

1．計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)給伺服電動(dòng)機(jī)需要

轉(zhuǎn)換。傳感器的檢測(cè)信號(hào)，如要計(jì)數(shù)表示，則需要轉(zhuǎn)換。

2．8位權(quán)電阻轉(zhuǎn)換器，如果輸出高電位對(duì)應(yīng)權(quán)電阻

5kΩ,則低位權(quán)電阻是?？梢姍?quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器電阻阻值范圍很寬。習(xí)題15

3．倒T形電阻D/A轉(zhuǎn)換器，從UR流出的電流I=UR/R

保持恒定。且當(dāng)UR不變，電阻不變時(shí)，則每支路電流為

。而權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器的最高位支路電流為

，最低位支路電流為

。

4．D/A轉(zhuǎn)換器模擬電壓滿刻度值為10V，精度為±0.2%，其輸入電壓最大誤差為

，那么最低位數(shù)字對(duì)應(yīng)的輸出電壓至少為

mV。

5．A/D轉(zhuǎn)換器相對(duì)誤差應(yīng)

最低位。

6．某8位A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍為0~10V，當(dāng)輸入電壓為4.48V和7.81V時(shí)，其輸出電壓二進(jìn)制數(shù)碼為

和

。二、分析計(jì)算題

1.8位權(quán)電阻A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)UR=10V時(shí)求輸入代碼10100111及11111111的輸出電壓。如果是倒T形8位D/A轉(zhuǎn)換器，且UR=－10V，則輸出又是多少？

2．全量程為10V，為了得到分辨率為6mV,數(shù)字量應(yīng)是幾位？

3．在雙積分的A/D轉(zhuǎn)換器電路中的計(jì)數(shù)器，若