數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)原理研究

1、電路分析專題研討報(bào)告數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)原理研究 摘要：數(shù)模轉(zhuǎn)換就是將離散的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連接變化的模擬量，實(shí)現(xiàn)該功能的電路或器件稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，通常稱為D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。我們分析了D/A轉(zhuǎn)換的原理，以三位轉(zhuǎn)換器為主要的研究對(duì)象，利用Multisim對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行了仿真。成績?cè)u(píng)定：10221062數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)原理研究一內(nèi)容描述：D/A轉(zhuǎn)換器通常是把加權(quán)值與二進(jìn)制碼的各比特相對(duì)應(yīng)的電壓或者電流，按二進(jìn)制碼進(jìn)行相加，從而得到模擬信號(hào)的方法。產(chǎn)生加權(quán)電壓和電流的方法有使用負(fù)載電阻的方法和使用梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的方法。二實(shí)驗(yàn)原理：如圖可作為研究DA 轉(zhuǎn)換電路的模型，其中開關(guān)20，21

2、，22 分別與三位二進(jìn)制數(shù)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)某位二進(jìn)制數(shù)為“1”時(shí)開關(guān)接入相應(yīng)電壓Vs，為“0”時(shí)開關(guān)接地。利用疊加定理和等效分析證明運(yùn)放輸出電壓與3 位二進(jìn)制數(shù)字成比例。即其中：用來控制電路圖中得三個(gè)開關(guān)。（從右往左依次是）證明：當(dāng)J1接左端，J2、J3接右端時(shí)，即D0=1，D1=D2=0；分析等效電路逐步簡化電路如下：進(jìn)一步等效最終等效電路：從而同理：當(dāng)J2接左端，J1、J3接右端時(shí)，分析等效電路，得當(dāng)J3接左端，J1、J2接右端時(shí)，即D2=1，D0=D1=0，分析等效電路，得 ) Vs=12Dx 因此，U1=1/12 Vs V U2=1/6Vs U3=1/3Vs =D0 =2D1 =22D2由線

3、性電路的疊加原理，得 三仿真過程：（1）輸入電壓001，V0=1V （2）輸入電壓010，V0=2V（3）輸入電壓011，V0=3V （4）輸入電壓100，V0=4V（5）輸入電壓101，V0=5V（6）輸入電壓110，V0=6V（7）輸入電壓111，V0=7V由仿真結(jié)果得到表格：與實(shí)際值相符合。四利用Multisim產(chǎn)生周期為16us，幅度為7V 的鋸齒波和三角波和方波的數(shù)字信號(hào)。輸出鋸齒波、三角波、方波時(shí)的仿真電路圖： （1）鋸齒波參數(shù)設(shè)置模擬仿真結(jié)果（2）三角波參數(shù)設(shè)置模擬仿真結(jié)果（3）方波參數(shù)設(shè)置模擬仿真結(jié)果五查閱DAC0832 芯片手冊(cè)，分析其倒置R-2R 電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行DAC 轉(zhuǎn)換原

4、理。當(dāng)其輸出接電流電壓轉(zhuǎn)換運(yùn)放如圖 時(shí)，推導(dǎo)其輸出電壓VOUT 與參考電壓VREF和8 位二進(jìn)制數(shù)字量的關(guān)系。 分析： 1)先求第一個(gè)電壓源單獨(dú)作用對(duì)電壓的貢獻(xiàn)： 假設(shè)有N個(gè)12V電壓源； 則含電壓源的支路的電流為(從最右邊看進(jìn)去的電阻為3R=3Kohm) I0=12D X/3R; 則對(duì)最后電壓貢獻(xiàn)V1=I0/2N-1 *R=4D0/2N-1 2)以此類推：第n個(gè)電壓源單獨(dú)作用時(shí)：Vn=I0/2N-n *R=4Dn/2N-n 由疊加定理：N個(gè)電壓源共同作用時(shí)：V=V1+V2 +VN=4(D0/2N-1 +D1 /2N-2 +.+DN ) =4/2N-1(D0+2D1+2N DN) 當(dāng)N=3時(shí)，

5、即為第一個(gè)電路的結(jié)論。如下： 當(dāng)N=8時(shí)，如下： V0 = 4/28-1(D0+2D1+28 DN)六設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字控制增益的電壓放大器，V0=knVi，其中n=0-15，k=2, Vi=+/-5V。仿真電路圖如下： 反向增益放大器 正向增益放大器 跟隨器 簡單證明： V2 V1=IR1 (0-V- )/R4=(V- - V6)/R3 V1=V4 V1 - V3 =IR2 V+=V- V1=0 - ->>V6=2V+ ->>V3 =-V2圖中有三種放大器：第一種是反向增益放大器，放大倍數(shù)為一倍，第二種是正向增益放大器，放大倍數(shù)為兩倍，第三種是跟隨器，由電路原圖可以看到，第一次電路接的是跟隨器，它的作用是得到左邊的輸出電壓同時(shí)右邊所接的負(fù)載對(duì)電壓沒有影響，第二個(gè)放大器可以看到作用是正向放大二倍，為了得到正向電壓，又接了跟隨器和反相器，故得到的電壓相對(duì)于原輸出電壓為正。模擬仿真結(jié)果：七總結(jié)本次研討我們對(duì)第一個(gè)題目進(jìn)行了研究。在實(shí)驗(yàn)過程中用到不少書上的理論知識(shí)，比如直流電路的等效變換以及疊加性質(zhì)，特別是運(yùn)算放大器的使用，實(shí)際運(yùn)算放大器要考慮所給的運(yùn)算放大器的最大供電電壓，還有就是運(yùn)算放大器的反向，正向，跟隨的作用。通過實(shí)驗(yàn)，我們學(xué)會(huì)了用Multisim軟件進(jìn)行分析，對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換的