D/A轉(zhuǎn)換器介紹
D/A轉(zhuǎn)換器又稱數(shù)/模轉(zhuǎn)換器,簡稱DAC,它的功能是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。不管是十進(jìn)制數(shù)還是二進(jìn)制數(shù),都可以寫成數(shù)碼與權(quán)的組合表達(dá)式,例如二進(jìn)制數(shù)1011可以表示成:
**1011(2)=12^3+02^2+12^1+12^0=11(10)**
這里的“1”和“0”稱為數(shù)碼,23、22、21、20稱為權(quán),位數(shù)越高,權(quán)值越大,所以23>22>21>20。D/A轉(zhuǎn)換的基本原理是將數(shù)字信號(hào)中的每位數(shù)按權(quán)值大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的電壓,再將這些電壓相加得到模擬信號(hào)電壓。
問:什么情況下會(huì)用到D/A轉(zhuǎn)換器?
答:比如常見的MP3播放器。它里面的音頻文件是以數(shù)字的格式存在,但是數(shù)字信號(hào)是無法驅(qū)動(dòng)像揚(yáng)聲器這類的驅(qū)動(dòng)電路,必須將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)才能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。
答:比如CRT顯示器。它需要接受模擬信號(hào)才能正常工作。而電腦顯卡輸出的是數(shù)字信號(hào),需要在兩者間經(jīng)過一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊才能輸出模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)CRT顯示器正常工作。
答:比如單片機(jī)設(shè)計(jì)。如果你想要用單片機(jī)系統(tǒng)控制一個(gè)電磁鐵吸合的力度,假設(shè)該電磁鐵吸合力度的變化是由在0到24v變化的直流電壓造成的,這就需要某一時(shí)刻可能是0V,可能是7V,可能是10v。而單片機(jī)只能輸出高電平或低電平,即1或0,滿足不了控制電路的需求,故而需要添加DA轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對控制電路的控制。
VARIETY
常見的D/A轉(zhuǎn)換器
權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器
圖15-2所示是一個(gè)3位權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換電路。S2~S0為3個(gè)電子開關(guān),開關(guān)的切換分別受輸入的數(shù)字信號(hào)D2~D0的控制,當(dāng)D=1時(shí),開關(guān)置于“1”處,當(dāng)D=0時(shí),開關(guān)置于“2”處。電子開關(guān)可由三極管或場效應(yīng)管構(gòu)成。
圖15-3所示為場效應(yīng)管和非門構(gòu)成的電子開關(guān)。當(dāng)D=1時(shí),經(jīng)非門G1變?yōu)椤?”,“0”送到場效應(yīng)管VT2的柵極,VT2截止,G1輸出的“0”再經(jīng)非門G2后變?yōu)椤?”,它送到場效應(yīng)管VT1的柵極,VT1導(dǎo)通,相當(dāng)于開關(guān)置于“1”位置。反之,若D=0,VT2導(dǎo)通,VT1截止,相當(dāng)于開關(guān)置于“2”位置。
圖15-2中R2、R1和R0的阻值分別為R、2R和4R,R2、R1、R0、RF與運(yùn)算放大器構(gòu)成加法器。當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)D2D1D0=000時(shí),S2~S0均接地,即無電流流過R2、R1、R0,流過反饋電阻RF的電流IF=0A,運(yùn)算放大器輸出的電壓Uo=?IFRF=0V。當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)D2D1D0=001時(shí),S2、S1接地,S0接參考電壓UREF,有電流流過R0,因?yàn)檫\(yùn)算放大器“?”端為虛地端,電壓為0V,故流過R0的電流 **I0=UREF/4R** ,又因?yàn)椤?”端與運(yùn)算放大器內(nèi)部具有“虛斷”特性,流入“?”端的電流為0A,電流I0全部流過反饋電阻RF,故IF=I0,運(yùn)算放大器輸出的電壓 **U0=-IFRF=-I0RF=-UREF*RF/4R** 。
當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)D2D1D0=010時(shí),S2、S0接地,S1接參考電壓UREF,有電流流過R1,流過R1的電流 ** I0=UREF/2R** ,流過反饋電阻RF的電流IF=I1,運(yùn)算放大器輸出的電壓 **U0=-IFRF=-I1RF=-UREF*RF/2R** 。
當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)D2D1D0=011時(shí),S2接地,S1、S0接參考電壓UREF,有電流流過R1、R0,流過R1的電流 **I1=-UREF/2R** ,流過R0的電流 **IF=I1** ,運(yùn)算放大器輸出的電壓 **U0=-IFRF=-I1RF=-UREF*RF/2R** 。
當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)D2D1D0=010時(shí),S2、S0接地,S1接參考電壓UREF,有電流流過R1,流過R1的電流 I1 =UREF/2R ,流過R0的電流 **I0=UREF/4R** ,流過反饋電阻RF的電流IF=I1+I0,運(yùn)算放大器輸出的電壓:
U0=-IFRF=-(I1+I0)RF=
*-(UREF/2R+UREF/4R)RF
當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)D2D1D0=100時(shí),輸出電壓 :
UO=-IFRF=-I2RF=
-UREF*RF/R
當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)D2D1D0=101時(shí),輸出電壓 :
U0=-IFRF=-(I2+I0)R=
-(UREF/R+UREF/4R)RF
當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)D2D1D0=110時(shí),輸出電壓 :
U0=-IFRF=-(I2+I1)RF=
-(UREF/R+UREF/2R)RF
當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)D2D1D0=111時(shí),輸出電壓:
U0=-IFRF=-(I2+I1+10)RF=
-(UREF/R+UREF/2R+UREF/4R)RF
由此可以看出,當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)的數(shù)值越大,電路輸出負(fù)的電壓Uo越低,電壓Uo是一種階梯信號(hào),它經(jīng)倒相和濾波平滑后就可以得到圖15-2所示的模擬信號(hào)U1。
權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,使用元器件少;缺點(diǎn)是權(quán)電阻阻值不同,在位數(shù)多時(shí)差距大。例如在8位權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器中,如果最小電阻R=10kΩ,那么最大電阻的阻值會(huì)達(dá)到28?1=1.28MΩ,兩者相差128倍,在這么大的范圍內(nèi)精確選擇成倍數(shù)阻值的電阻很困難,并且不易集成化,因此集成D/A轉(zhuǎn)換器很少采用權(quán)電阻型。
●對于輸入數(shù)據(jù)為D2D1D0的3位權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器,其輸出電壓Uo可表示為:
●**舉例:在圖15-2所示的3位權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器中,UREF=?8V,RF=25kΩ,R=50kΩ,輸入數(shù)字信號(hào)D2D1D0=101,那么輸出電壓Uo的值為:**
倒T型D/A轉(zhuǎn)換器
倒T型D/A轉(zhuǎn)換器又稱R-2R型D/A轉(zhuǎn)換器,其電路結(jié)構(gòu)如圖15-4所示。從圖中可以看出,該電路主要采用了阻值為R和2R的兩種電阻,可以有效解決權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器電阻差距大的問題。
從圖15-4中不難發(fā)現(xiàn),A、B、C點(diǎn)往右對地電阻值都為2R,A點(diǎn)往右對地電阻值為R+2R∥2R=2R,B點(diǎn)往右對地電阻值為R+2R∥2R(A點(diǎn)往右對地電阻值)=2R,C點(diǎn)往右對地電阻值為R+2R∥2R(B點(diǎn)往右對地電阻值)=2R。電壓UREF輸出的電流每經(jīng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)就分流一半,流過4個(gè)阻值為2R的電阻的電流分別為I/2、I/4、I/8、I/16,當(dāng)D=0時(shí),電子開關(guān)處于“1”,當(dāng)D=1時(shí),電子開關(guān)處于“2”,流往運(yùn)算放大器的電流Ii可表示為:
I1=ID3/2+ID2/4+ID1/8+ID0/16
由于電壓UREF往右對地電阻值為2R∥2R(C點(diǎn)往右對地電阻值)=R,故 **I=UREF/R** ,上式可轉(zhuǎn)換為:
因?yàn)閁o=?IFRF,而IF=I1,所以輸出電壓為:
對于n位倒T型D/A轉(zhuǎn)換器,其輸出電壓為:
從上式可以看出,n位倒T型D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字信號(hào)(Dn?1Dn?2…D0)越大,(2n?1Dn?1+2n?2Dn?2+…20D0)的值就越大,輸出電壓Uo的幅度也就越大,從而將不同的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度不同的模擬電壓。
評(píng)論
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