电力电子技术- DAC转换器和ADC转换器

1D/A转换器和A/D转换器2D/A转换器和A/D转换器内容提要（1）D/A转换器

DAC的工作原理、性能指标、集成DAC及其应用（2）A/D转换器ADC的工作原理、性能指标、集成ADC及其应用重点D/A、A/D转换器工作原理、性能指标1.概述1.模数转换：从模拟信号到数字信号的转换，简称A/D转换（AnalogtoDigital）。2.数模转换：从数字信号到模拟信号的转换，简称D/A转换（DigitaltoAnalog）。3.A/D转换器：实现A/D转换的电路，简写ADC（Analog-DigitalConverter）4.D/A转换器：实现D/A转换的电路，简写DAC（Digital-AnalogConverter）341.概述锅炉加热信号采集和控制系统D/A、A/D转换器的实际举例52.D/A转换器主要内容D/A转换器的电路结构框图二进制权电阻网络D/A转换器D/A转换器的模拟输出与数字输入之间的关系D/A转换器的主要技术参数集成DAC0832及其应用62.1D/A转换器的电路结构

基本原理：将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。

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。1.D/A转换器的基本原理和转换特性7n位D/A转换器的电路结构框图D/A转换器由数码寄存器、n位模拟电子开关、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入并存储于数码寄存器中，寄存器输出的每位数码驱动对应的数位上的电子开关将在电阻解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路。求和电路将各位权值相加便得到与数字量对应的模拟量。常见的D/A转换器：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转换器开关树型D/A转换器892.2二进制权电阻网络D/A转换器二进制权电阻网络D/A转换器如图所示。1．电路结构组成：权电阻网络、4个模拟开关、1个求和放大器。求和放大器是一个接成负反馈的运算放大器，可以看成一个理想放大器。理想放大器的特点：（1）理想运放的两输入端之间的电压差为零，即

。（2）理想运放的两输入端不取电流，即。当参考电压经电阻网络加到时，只要稍高于，便在产生很负的输出电压。经电阻反馈到，使降低，其结果必然使1011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。2．权电阻网络D/A转换电路的工作原理12练习：4位二进制权电阻网络DAC，设基准电压UREF=8V，RF=R/2，试求输入二进制数D3D2D1D0=1001时的输出电压值。解：将D3D2D1D0=1001代入得132.3D/A转换器的主要技术参数1.分辨率

分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出模拟电压能区分输入代码从00…00到11…11全部2n个不同的输入二进制代码状态，给出2n个不同等级的输出电压。

分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压VLSB（输入数字只有最低位为1）与最大输出电压VFSR（输入数字代码所有各位全为1）的比值来表示。其值越小，分辨率越强。3位D/A转换器的分辨率可以表示为142.转换误差3.转换速度（转换时间或或输出建立时间）从输入数字信号起，到输出模拟电压或电流到达稳定值时所需要的时间。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。D/A转换器的转换误差是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。通常要求D/A转换器的误差小于ULSB/2。D/A转换器的分辨率和转换误差共同决定转换精度。152.4集成D/A转换器及应用举例DAC0832的逻辑符号和引脚图如图所示。16DAC0832典型应用基本电路173A/D转换器主要内容A/D转换器的基本工作原理A/D转换器的种类A/D转换器的主要技术指标集成ADC0809及应用183.1A/D转换的基本工作原理A/D转换器（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。A/D转换步骤为：采样、保持、量化和编码。完成这四步的电路则分别为采样—保持电路和量化—编码电路两部分。CPSSADC采样保持电路ADC的量化编码电路...DDDn-110vI（t）vI（t）输入模拟电压采样展宽信号数字量输出（n位）19采样和保持波形示意图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。

采样定理：式中fS为取样频率，fimax为输入信号vI的最高频率分量的频率。3.1A/D转换的基本工作原理20采样过程3.1A/D转换的基本工作原理212.量化－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。规定的最小数量单位称为量化单位或量化间隔，用“δ”表示。

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＜δ/2的电压作为“0δ”处理，把≥δ/2而＜3/2δ的电压作为“1δ”处理；（2）舍去小数法：把＜δ的电压作为“0δ”处理，把≥δ而＜2δ的电压作为“1δ”处理。

量化的结果用二进制代码来表示，称为编码。223.2A/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。233.3A/D转换器的主要技术指标1、转换精度A/D转换器的转换精度是用分辨率（分解度）和转换误差来描述的。分辨率:说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进制(或十进制)数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。转换误差：表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。242.转换时间

指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关。并行比较A/D转换器的转换速度最高,逐次比较型A/D转换器次之,间接A/D转换器(如双积分A/D)的速度最慢。并行比较A/D转换器(8位）逐次比较型A/D转换器间接A/D转换器10~50s<50ns10ms~1000ms253.4集成A/D转换器及应用ADC0809原理框图和引脚排列图26ADC0809典型应用基本电路27练习

某8位A/D转换器的输入模拟电压满量程为5V，当输入电压为1.96V时，求对应的输出数字量？解：输出数字量对应的十进制数与输入模拟电压成正比：所以有：