數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換

圖9-3為T型電阻網(wǎng)絡(luò)4位D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖。圖中電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)是由R和2R兩種阻值的電阻組成T型電阻網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)算放大器構(gòu)成電壓跟隨器，圖中略去了數(shù)據(jù)鎖存器，電子開(kāi)關(guān)S3、S2、S1、S0在二進(jìn)制數(shù)D相應(yīng)位的控制下或者接參考電壓VR(相應(yīng)位為1)或者接地 (相應(yīng)位為0)。當(dāng)電子開(kāi)關(guān)S3、S2、S1、S0全部接地時(shí)，從任一節(jié)點(diǎn)a、b、c、d向其左下看的等效電阻都等于R。

下面利用疊加原理和戴維南定理來(lái)求轉(zhuǎn)換器的輸出U0。

當(dāng)D0單獨(dú)作用時(shí)，T型電阻網(wǎng)絡(luò)如圖9-4(a)所示。把a(bǔ)點(diǎn)左下等效成戴維寧電源，如圖9-4(b)所示;然后依次把b點(diǎn)、c點(diǎn)、d點(diǎn)它們的左下電路等效成戴維南電源時(shí)分別如圖9-4(c)、(d)、(e)所示。由于電壓跟隨器的輸入電阻很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R，所以D0單獨(dú)作用時(shí)，d點(diǎn)電位幾乎就是戴維南電源的開(kāi)路電壓D0VR/16，此時(shí)轉(zhuǎn)換器的輸出為

當(dāng)D1單獨(dú)作用時(shí)，T型電阻網(wǎng)絡(luò)如圖9-5(a)所示，其d點(diǎn)左下電路的戴維寧等效如圖9-5(b)所示。同理，D2單獨(dú)作用時(shí)d點(diǎn)左下電路的戴維寧等效電源如圖9-5(c)所示;D3單獨(dú)作用時(shí)d點(diǎn)左下電路的戴維南等效電源如圖9-5(d)所示。故D1、D2、D3單獨(dú)作用時(shí)轉(zhuǎn)換器的輸出分別為

利用疊加原理可得到轉(zhuǎn)換器的總輸出為

可見(jiàn)，輸出模擬電壓正比于數(shù)字量的輸入。推廣到n位，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出為

T型電阻網(wǎng)絡(luò)由于只用了R和2R兩種阻值的電阻，因此其精度易于提高，也便于制造集成電路。但是，T型電阻網(wǎng)絡(luò)也存在以下缺點(diǎn):在工作過(guò)程中，T型網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一根傳輸線，從電阻開(kāi)始到運(yùn)放輸入端建立起穩(wěn)定的電流電壓為止需要一定的傳輸時(shí)間，當(dāng)輸入數(shù)字信號(hào)位數(shù)較多時(shí)，將會(huì)影響D/A轉(zhuǎn)換器的工作速度。另外，電阻網(wǎng)絡(luò)作為轉(zhuǎn)換器參考電壓VR的負(fù)載電阻將會(huì)隨二進(jìn)制數(shù)D的不同有所波動(dòng)，參考電壓的穩(wěn)定性可能因此受到影響。所以實(shí)際中，常用下面的倒T型D/A轉(zhuǎn)換器。

圖9-6為倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理圖。由于P點(diǎn)接地、N點(diǎn)虛地，所以不論數(shù)碼D0、D1、D2、D3是0還是1，電子開(kāi)關(guān)S0、S1、S2、S3都相當(dāng)于接地。因此，圖中各支路電流I0、I1、I2、I3和IR的大小不會(huì)因二進(jìn)制數(shù)的不同而改變。并且，從任一節(jié)點(diǎn)a、b、C、d向左上看的等效電阻都等于R，所以流出VR的總電流為

而流入各2R支路的電流依次為

流入運(yùn)算放大器反相端的電流為

運(yùn)算放大器的輸出電壓為

若Rf=R，并將IR=VR/R代入上式，則有

可見(jiàn)，輸出模擬電壓正比于數(shù)字量的輸入。推廣到n位，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出為

倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)也只用了R和2R兩種阻值的電阻，但和T型電阻網(wǎng)絡(luò)相比較，由于各支路電流始終存在且恒定不變，所以各支路電流到運(yùn)放的反相輸入端不存在傳輸時(shí)間，因此具有較高的轉(zhuǎn)換速度。