2014-49变电站值班员技师综合自动化、电力电子技术继电保护及自动装置

1、教学班级2014-49教学日期2014-8-6节次5-8课程电力电子技术课 题D/A转换器和A/D转换器教学目的1.熟悉D/A转换器的概念、基本工作原理和主要技术指标。2.熟悉A/D转换器的概念、基本工作原理和主要技术指标。教学重点D/A转换器的概念、基本工作原理和主要技术指标教学难点A/D转换器的概念、基本工作原理和主要技术指标教学用具PPT课件组织教学2分钟巩固新课3分钟时间分配复习旧课3分钟布置作业2分钟讲授新课170分钟课后作业1.D/A转换器的基本工作原理是什么？2.A/D转换器的主要技术指标有哪些？任课老师刘智勇所属教研组变电仿真组 教师课堂教学备课纸首页 【组织教学】检查学员人数

2、，填写教学日志【复习旧课】由于数字电子技术的迅速发展，尤其是计算机在自动控制、自动检测以及许多其他领域中的广泛应用，用数字电路处理模拟信号的情况也更加普遍了。这次课我们就来一块学习D/A转换器和A/D转换器的知识。【讲授内容】D/A转换器（简称DAC）是数字系统和模拟系统的接口，它将输入的二进制代码转换为相应的模拟电压或模拟电流输出。一、D/A转换器的基本工作原理数字量是用代码按位数组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权。一个n位二进制数可表示为，其最高有效位MSB（Most Significant Bit）到最低有效位LSB（Least Significant Bit）的权依次为，

3、。为了将数字量转化为模拟量，必须将每位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数模转换。这就是构成D/A转换器的基本思路。转换特性：D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。D/A转换器的原理框图如下图所示，主要由五部分组成，即数码寄存器、n位模拟开关、解码网络、求和电路和参考电压。数码寄存器用来暂时存放输入的数字量D，寄存器的输入可以是并行输入也可以是串行输入，但输出只能是并行输出。寄存器的输出分别控制几个模拟开关的接通和断开，每个模拟开关

4、相当于一个单刀双掷开关，它们分别与解码网络相连。解码网络中的几个支路权重不同，当输入数字量为1时，相应的支路接通；如果输出数字量为0，相应支路断开，通过求和电路，从而实现二进制数的加权求和，输出相应的模拟电压或电流，从而完成D/A转换过程。常见的D/A转换器有权电阻网络D/A转换器、倒T形电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器、权电容网络D/A转换器以及开关树型D/A转换器等。 二、D/A转换器的主要技术指标（1）分辨率。分辨率是指D/A转换器最小输出电压（对应的输入数字量仅最低位为1）与最大输出电压（对应的输入数字量各有效位全为1）之比，其值越小，分辨能力越强。（2）转换误差。转换误差是

5、在对应给定的满刻度数字量情况下，D/A转换器实际输出与理论值之间的误差。该误差是由于D/A转换器的增益误差、零点误差、线性误差和噪声等共同引起的。（3）转换速度。转换速度是指D/A转换器从输入数字信号开始到输出模拟电压或电流达到稳定值时所用的时间。它是反映D/A转换器工作速度的指标，转换时间越小，工作速度越高。三、二进制权电阻网络D/A转换器不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流是不变的。A/D转换器（简称ADC）的作用是将输入连续变化的模拟信号变换成与其正比的数字量信号输出。三、A/D转换器的基本工作原理根据模拟信号在时间上是

6、连续的而数字信号是离散的特点，进行A/D转换只能在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换成用二进制代码表示的数字量输出。因此，A/D转换的过程通常分为四个步骤进行，即取样、保持、量化和编码。完成这四步的电路则分为取样、保持电路和量化、编码电路两部分。1.取样和保持取样就是对连续的模拟信号按一定的时间间隔进行采样。一般要求采样的频率要大于输入模拟信号频率的两倍，即。式中，为取样频率，为输入信号的最高频率分量的频率。以保证对输入信号的每个半波至少采样一次，否则就不能准确地再现输入信号了。A/D转换器把取样信号转换成数字信号需要一定的时间，所以每次取样后，取样电压都需要保持一定

7、时间以便进行转换，这一过程和取样过程同时由取样保持电路完成。2.量化和编码输入的模拟信号经取样和保持后，得到的是阶梯形模拟信号。必须将阶梯形模拟信号中各个电压值转换为某个最小单位的整数倍，才能用数字量来表示，把这一过程称为量化，其中最小电位（基准电平）称为量化电平。量化的结果用二进制数码来表示，称为编码，这样也就产生了数字信号。量化的方法一般有两种：四舍五入法和舍去小数法。 （1）四舍五入法：把/2的电压作为“0”处理，把/2而3/2的电压作为“1”处理；（2）舍去小数法：把的电压作为“0”处理，把而2的电压作为“1”处理。四、A/D转换器的种类A/D转换器按照工作原理的不同可分为直接A/D转

8、换器和间接A/D转换器。直接A/D转换器是将输入模拟电压直接转换成数字量，间接A/D转换器是先将输入模拟电压转换成中间量（如时间或频率），然后将这些中间量转换成数字量。 常用的直接A/D转换器有并联比较型A/D转换器和逐次比较型A/D转换器。 常用的间接A/D转换器有中间量为时间的双积分型A/D转换器，中间量为频率的电压频率转换型A/D转换器。 五、A/D转换器的主要技术指标（1）分辨率。通常以输出二进制代码的位数表示分解度的优劣。位数多，说明量化误差小，转换精度高，输出的数字量就愈能准确地反映该时刻输入的模拟量。（2）转换速度。指A/D转换器完成一次转换所需要的时间，即从接到模拟信号开始到输出端出现稳定的数字信号所需要的时间。转换时间越短，说明转换速度越高。并行A/D转换器速度最快，约为数十纳秒；逐次渐进型A/D转换器速度次之，约为数十微秒，最高可达0.4s；双积分型A/D转换器速度