D/A轉(zhuǎn)換器介紹

D/A轉(zhuǎn)換器又稱數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)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(xiě)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(wèn)：什么情況下會(huì)用到D/A轉(zhuǎn)換器？

答：比如常見(jiàn)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(wú)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(guò)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(duì)控制電路的控制。

VARIETY

常見(jiàn)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(kāi)關(guān)，開(kāi)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(kāi)關(guān)置于“1”處，當(dāng)D=0時(shí)，開(kāi)關(guān)置于“2”處。電子開(kāi)關(guān)可由三極管或場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成。

圖15-3所示為場(chǎng)效應(yīng)管和非門(mén)構(gòu)成的電子開(kāi)關(guān)。當(dāng)D=1時(shí)，經(jīng)非門(mén)G1變?yōu)椤?”，“0”送到場(chǎng)效應(yīng)管VT2的柵極，VT2截止，G1輸出的“0”再經(jīng)非門(mén)G2后變?yōu)椤?”，它送到場(chǎng)效應(yīng)管VT1的柵極，VT1導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)置于“1”位置。反之，若D=0，VT2導(dǎo)通，VT1截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)置于“2”位置。

工作原理

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(wú)電流流過(guò)R2、R1、R0，流過(guò)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(guò)R0，因?yàn)檫\(yùn)算放大器“?”端為虛地端，電壓為0V，故流過(guò)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(guò)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(guò)R1，流過(guò)R1的電流 ** I0=UREF/2R** ，流過(guò)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(guò)R1、R0，流過(guò)R1的電流 **I1=-UREF/2R** ,流過(guò)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(guò)R1，流過(guò)R1的電流 I1 =UREF/2R ，流過(guò)R0的電流 **I0=UREF/4R** ，流過(guò)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(jiǎn)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(duì)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(wèn)題。

從圖15-4中不難發(fā)現(xiàn)，A、B、C點(diǎn)往右對(duì)地電阻值都為2R，A點(diǎn)往右對(duì)地電阻值為R+2R∥2R=2R，B點(diǎn)往右對(duì)地電阻值為R+2R∥2R（A點(diǎn)往右對(duì)地電阻值）=2R，C點(diǎn)往右對(duì)地電阻值為R+2R∥2R（B點(diǎn)往右對(duì)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(guò)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(kāi)關(guān)處于“1”，當(dāng)D=1時(shí)，電子開(kāi)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(duì)地電阻值為2R∥2R（C點(diǎn)往右對(duì)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(duì)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。