D/A轉換器介紹

D/A轉換器又稱數/模轉換器，簡稱DAC，它的功能是將數字信號轉換成模擬信號。不管是十進制數還是二進制數，都可以寫成數碼與權的組合表達式，例如二進制數1011可以表示成：

**1011(2)=12^3+02^2+12^1+12^0=11(10)**

這里的“1”和“0”稱為數碼，23、22、21、20稱為權，位數越高，權值越大，所以23＞22＞21＞20。D/A轉換的基本原理是將數字信號中的每位數按權值大小轉換成相應大小的電壓，再將這些電壓相加得到模擬信號電壓。

問：什么情況下會用到D/A轉換器？

答：比如常見的MP3播放器。它里面的音頻文件是以數字的格式存在，但是數字信號是無法驅動像揚聲器這類的驅動電路，必須將數字信號轉換成模擬信號才能驅動揚聲器。

答：比如CRT顯示器。它需要接受模擬信號才能正常工作。而電腦顯卡輸出的是數字信號，需要在兩者間經過一個數模轉換模塊才能輸出模擬信號驅動CRT顯示器正常工作。

答：比如單片機設計。如果你想要用單片機系統控制一個電磁鐵吸合的力度，假設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，這就需要某一時刻可能是0V,可能是7V,可能是10v。而單片機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轉換模塊實現單片機對控制電路的控制。

VARIETY

常見的D/A轉換器

權電阻型D/A轉換器

圖15-2所示是一個3位權電阻型D/A轉換電路。S2～S0為3個電子開關，開關的切換分別受輸入的數字信號D2～D0的控制，當D=1時，開關置于“1”處，當D=0時，開關置于“2”處。電子開關可由三極管或場效應管構成。

圖15-3所示為場效應管和非門構成的電子開關。當D=1時，經非門G1變為“0”，“0”送到場效應管VT2的柵極，VT2截止，G1輸出的“0”再經非門G2后變為“1”，它送到場效應管VT1的柵極，VT1導通，相當于開關置于“1”位置。反之，若D=0，VT2導通，VT1截止，相當于開關置于“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與運算放大器構成加法器。當輸入的數字信號D2D1D0=000時，S2～S0均接地，即無電流流過R2、R1、R0，流過反饋電阻RF的電流IF=0A，運算放大器輸出的電壓Uo=?IFRF=0V。當輸入的數字信號D2D1D0=001時，S2、S1接地，S0接參考電壓UREF，有電流流過R0，因為運算放大器“?”端為虛地端，電壓為0V，故流過R0的電流 **I0=UREF/4R** ,又因為“?”端與運算放大器內部具有“虛斷”特性，流入“?”端的電流為0A，電流I0全部流過反饋電阻RF，故IF=I0，運算放大器輸出的電壓 **U0=-IFRF=-I0RF=-UREF*RF/4R** 。

當輸入的數字信號D2D1D0=010時，S2、S0接地，S1接參考電壓UREF，有電流流過R1，流過R1的電流 ** I0=UREF/2R** ，流過反饋電阻RF的電流IF=I1，運算放大器輸出的電壓 **U0=-IFRF=-I1RF=-UREF*RF/2R** 。

當輸入的數字信號D2D1D0=011時，S2接地，S1、S0接參考電壓UREF，有電流流過R1、R0，流過R1的電流 **I1=-UREF/2R** ,流過R0的電流 **IF=I1** ，運算放大器輸出的電壓 **U0=-IFRF=-I1RF=-UREF*RF/2R** 。

當輸入的數字信號D2D1D0=010時，S2、S0接地，S1接參考電壓UREF，有電流流過R1，流過R1的電流 I1 =UREF/2R ，流過R0的電流 **I0=UREF/4R** ，流過反饋電阻RF的電流IF=I1+I0，運算放大器輸出的電壓：

U0=-IFRF=-(I1+I0)RF=

*-(UREF/2R+UREF/4R)RF

當輸入的數字信號D2D1D0=100時，輸出電壓 ：

UO=-IFRF=-I2RF=

-UREF*RF/R

當輸入的數字信號D2D1D0=101時，輸出電壓 ：

U0=-IFRF=-(I2+I0)R=

-(UREF/R+UREF/4R)RF

當輸入的數字信號D2D1D0=110時，輸出電壓 ：

U0=-IFRF=-(I2+I1)RF=

-(UREF/R+UREF/2R)RF

當輸入的數字信號D2D1D0=111時，輸出電壓：

U0=-IFRF=-(I2+I1+10)RF=

-(UREF/R+UREF/2R+UREF/4R)RF

由此可以看出，當輸入的數字信號的數值越大，電路輸出負的電壓Uo越低，電壓Uo是一種階梯信號，它經倒相和濾波平滑后就可以得到圖15-2所示的模擬信號U1。

權電阻型D/A轉換器的優點是結構簡單，使用元器件少；缺點是權電阻阻值不同，在位數多時差距大。例如在8位權電阻型D/A轉換器中，如果最小電阻R=10kΩ，那么最大電阻的阻值會達到28?1=1.28MΩ，兩者相差128倍，在這么大的范圍內精確選擇成倍數阻值的電阻很困難，并且不易集成化，因此集成D/A轉換器很少采用權電阻型。

●對于輸入數據為D2D1D0的3位權電阻型D/A轉換器，其輸出電壓Uo可表示為：

●**舉例：在圖15-2所示的3位權電阻型D/A轉換器中，UREF=?8V，RF=25kΩ，R=50kΩ，輸入數字信號D2D1D0=101，那么輸出電壓Uo的值為：**

倒T型D/A轉換器

倒T型D/A轉換器又稱R-2R型D/A轉換器，其電路結構如圖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，可以有效解決權電阻型D/A轉換器電阻差距大的問題。

從圖15-4中不難發現，A、B、C點往右對地電阻值都為2R，A點往右對地電阻值為R+2R∥2R=2R，B點往右對地電阻值為R+2R∥2R（A點往右對地電阻值）=2R，C點往右對地電阻值為R+2R∥2R（B點往右對地電阻值）=2R。電壓UREF輸出的電流每經一個節點就分流一半，流過4個阻值為2R的電阻的電流分別為I/2、I/4、I/8、I/16，當D=0時，電子開關處于“1”，當D=1時，電子開關處于“2”，流往運算放大器的電流Ii可表示為：

I1=ID3/2+ID2/4+ID1/8+ID0/16

由于電壓UREF往右對地電阻值為2R∥2R（C點往右對地電阻值）=R，故 **I=UREF/R** ,上式可轉換為:

因為Uo=?IFRF，而IF=I1，所以輸出電壓為:

對于n位倒T型D/A轉換器，其輸出電壓為:

從上式可以看出，n位倒T型D/A轉換器輸入的數字信號（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，從而將不同的數字信號轉換成幅度不同的模擬電壓。