第9章-数模与模数转换器

9 数模与模数转换器

9.1 D/A转换器

9.1.1 10位倒T形电阻网络D/A转换器如图题9.1.1所示。 （1）试求出输出电压的取值范围。

（2）若要求电路输入数字量为200H时输出电压vo=5V，试问VREF应取何值？

解：（1）由式（9.1.6）可知，10位D/A转换器输出电压vO为

RREFv???10 O2当D9D8…D0=00…0时 vO=0 V

RfR?Di?2i?09i

RREF当D9D8…D0=11…1时，vO??R vO??RREF

，已知Rf?R，所以

于是可得到输出电压的取值范围为：?VREF?0V。 （2）根据式（1） VREF210?R?vO???Rf1?2i?09

i?Di将D9D8…D0=1000000000代入上式，的VREF=﹣10V。

9.1.2 在图9.1.8所示的4位权电流D/A转换器中，已知VREF=6V，R1=48kΩ，当输入

1

D3D2D1D0=1100时，vO=1.5V，试确定Rf的值。

解：n位权电流D/A转换器的输出电压为

RREFRf?n vO?R12于是，有

iD?2?ii?0n?1

Rf?2n?R1?vOVREF??Di?2i?0n?1i

依题意，已知n=4，VREF=6V，R1=48kΩ，D3D2D1D0=1100，vO=1.5V,代入上式得Rf=16kΩ。

9.1.5 可编程放大器（数控可变增益放大器）电路如图题9.1.5所示。 （1）推导电路电压放大倍数AV?vO/vI的表达式。

（2）当输入编码为（001H）和（3FFH）时，电压放大倍数AV分别为多少？ （3）试问当输入编码为（000H）时，运放A1处于什么状态？

解：（1）图题9.1.5中运放A3组成电压增益为﹣1的反相比例放大器，vO=﹣VREF。AD7533

2

与运放A2组成10位D/A转换器，有 vO2?VREF?210?Di?09i?2i

由AK7533与运放A1、A2组成负反馈放大电路，运放A1工作于线性工作区，vN1?vP1,即

vI?vO2，有

?VREF vI?210将VREF??vO代入上式，于是有

?Di?09i?2i

vOv? I210?Di?09i?2i

vOA??所以 VvI210?Di?09

i?2i（2）当D=01H时，代入上式，可得AV=210;当D=3FFH时，代入上式，可得AV=1。 （3）当输入编码D9～D0=000H，运放A1的VP=0V，故A1处于开环工作状态，工作于非线性区。

9.1.6 试用D/A转换器AK7533和计数器74161组成如图题9.1.6所示的阶梯波形发生器，要求画出完整的逻辑图。

3

解：要实现图题9.1.6所示的阶梯波形输出，则要求D/A转换器连续输入九个数字量：0000～1000.这些数字量由九进制计数器提供。

采用反馈置数法将74161接成九进制计数器；用AD7533组成D/A转换器。将九进制计数器

Q3～Q0作为D/A转换器的低4位，而D/A转换器高4位接地。于是可画出阶梯波波形产生

电路，如图题解9.1.6所示。

9.2 A/D转换器

9.2.1 在图9.2.4所示并行比较型A/D转换器中，VREF?7V，试问电路的最小量化单

位?等于多少？当vI?2.4V时，输出数字量D2D1D0?？

4

解：并行A/D转换器量化单位

??2VREF15

已知VREF?7V，于是可得

??2VREF2?714?V?V151515

图9.2.4所示为3位并行比较型A/D转换器，分析其工作原理可得3位并行A/D转换

器输入与输出关系对照表，如表题解9.2.1所示。

查表可知，当vI?2.4V时，D2D1D0?011。

9.2.2 在图9.2.5所示的逐次比较A/D转换器中，若n=10，已知时钟频率为1MHz，则完成一次转换所需时间是多少？如果要求完成一次转换的时间小于100 us，试问时钟频率应选多大？

5

解：分析图9.2.5可知，n 位逐次比较型A/D转换器的转换时间为

t?n?TCP （TCP为时钟脉冲~~的周期）

已知n?10V,TCP?1u，代入上式可得

t?10us

如要求A/D转换的时间完成一次t 于是得

?100us即

TCP?10?100us

TCP?10usfCP?0.1MHz

9.2.3 在图9.2.7所示逐次比较型A/D转换器中，设VREF?10V，vI?8.26V，试画

'出在时钟脉冲作用下v0的波形并写出转换结果。

6

解：在图9.2.7中，v'0是4位倒T形电阻网络D/A转换器的输出电压

v'30??iRRfVREF?f??R?24?(Di?2i) i?0启动脉冲后在第一个CP 作用下，D/A转换器D3D2D1D0?1000，将D3D2D1D0?1000代入上式，得

v'0?5V

由于vI?v'0，所以D3?1。在第二个CP作用下，D3D2D1D0?1100，同理可得

v'0?7.5V

此时vI?v'0，所以D2?1。在第三个CP作用下，D3D2D1D0?1110，得

v'0?8.75V

此时v?v'I0，所以D1?0。在第四个CP作用下，D3D2D1D0?1101，得

v'0?8.125V

此时vI?v'0，所以D0?1。电路经过4个CP后，得到转换结果为D3D2D1D0?1101。

7

'v0的波形如图题解9.2.3所示。

9.2.8 在用A/D转换器过程中应注意哪些主要问题，用满度值为10V的8位A/D转换器对输入信号幅值为0.5V的电压进行模数转换，这样使用正确吗？为什么？

解：在用A/D转换器时，通常应注意一下一些问题：①A/D转换器在系统应用中，系统对其精度的要求如何？②A/D转换器的输入信号电压范围是多少？是单极性还是双极性？③对A/D转换器输出编码及逻辑电平有何要求？④根据输入信号等情况，A/D转换器的转换时间是多少？⑤对参考电压的要求如何？⑥对工作环境，例如电源的稳定度有何要求？

采用满度值为10V的8位A/D转换器对最大值为0.5V的输入信号进行模数转换，这种使用方式是不正确的，因为没有充分利用8位A/D转换器的精度（实际只用到低4位），会引起较大的转换误差。

8

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9h7a.html