电路分析大作业论文

电路分析大作业论文

D/A转换器

组长：果宇鹏

组员：刘强陶冶

一实验要求

参考“R－2R倒T形电阻网络D/A转换器电路”设计D/A转换电路

数字输入信号DCBA，模拟输出信号：0V-3V

仿真

实际搭建电路、接线并调试

二实验分工

1.实验原理及电路设计：刘强

2.仿真实验与调试：果宇鹏

3.电路参数修正及优化：陶冶

4.实际电路搭建与调试：果宇鹏刘强陶冶

5.论文汇报：刘强

6.论文修正：果宇鹏陶冶

三实验原理

（一）R－2R倒T形电阻网络D/A转换器电路原理：

1.电路图：

（1）其中S0～S3为模拟开关，

（2）R-2R0电阻解码网络呈倒T形，

（3）运算放大器A组成和电路。

图（1）倒T型电阻网络D/A转换器电路图

2. 工作原理

模拟开关S i，由输入数码D i控制，当D i=1时S i接运算放大器反相端，电流I i流入求和电路；当D i=0时，S i则将电阻2R接地。根据运算放大器线性运用的“虚地”的概念可知，无论模拟开关S i处于何种位置，与S i相连的2R0电阻均将接“地”（地或虚地）。余类推，这样，流经2R0电阻的电流与开关位置无关，为确定值。分析R-2R0电阻网络可以发现，从每个节点向左看的二端网络等效电阻均为R,流入每个2R0电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。设基准电压源电压为V REF,则总电流为I=V REF/R,则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为I/2、I/4、I/8和I/16。

于是可得到各支路的总电流:

输出电压为：

四仿真实验：

五实物连接

六数据表格

由以上数据可求其绝对误差：

Ｅ={0.002+（0.2-0.1973）+（0.4-0.396）+（0.6-0.597）+（0.8-0.795）+(1.0-0.997)+(1.2-1.197)+(1.4-1.398)+(1.6-1.598)+(1.8-1.798)+(2.0-1.999 )+（2.4-2.398）}/12*100%=0.2475%

分辨率：Ａ=3/（2*4）=0.375 误差分析：

1.电路中的2R 与R 之间存在误差，实际中很难找到这样完全成倍数关系的电阻

2.电路中其他元件的损耗，（例如导线，开关等等。）

3.在开关K 有0与1之间想置换时，会使电流发生微小的变化，因而引起示数的瞬间变化。切降低了转换效率。

七.提高要求（D/A 转换的种类、提高D/A 转换精度的技术、提高D/A 转换速度的技术）

1.可以相应的提高使用的电阻的精确度 例如可以有几个电阻的串连来等效为R 和2R 。

2.可采用权电流D/A 转换器

尽管倒T 倒T 型电阻网络D/A 转换器具有较高的转化速度，但是由于电路中存在模拟开关电压降低，当流过各支路的电流稍有变化时，就会产生转换误差，为进一步提高D/A 转换器的精度，可采用权电流型D/A 转换器。 1.电路图：

R –V

图（2）4位权电流型D/A 转换器电路图

其中用一组恒流源代替倒T 型电阻网络，这组恒流源从高位到低位电流大小一次为i /2, i/4 ,i/8, i/16. 2.工作原理：

Di =1时，开关Si 接运放的反相端; Di= 0时，开关Si 接地。

在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。 3.实际的权电流D/A 转换器电路图:

)

D 16I D 8I D 4I D 2I (R R i 0

123+++-=-=f f O

∑υ)2222(2

00112233f 4?+?+?+??=D D D D R I

∑=??=3

i i

4

2

D R 2

I i

f

R υO

V

图（3）实际4位权电流型D/A转换器电路图

为消除因各BJT发射结电压VBE的不一致性对D/A转换精度的影响，图中T3~T0均采用了多发射极晶体管，其发射级个数分别是8，4，2，1，即T3~T0发射极面积之比为8：4：2：1。这样，在各BJT电流比值为8：4：2：1的情况下，T3~T0的发射极电流密度相等，可使各发射节电压VBE相同。由于T3~T0的基极电压相同，所以它们的发射e3、e2、e1、e0就为等电位点。在计算各支路电流时将它们等效连接后可看出电路中的倒T形电阻与图（1）工作状态完全相同，流入每个2R电阻的电流从高位到低位依次减少1/2，各支路电流分配比例满足8：4：2：1的要求。

基准电流IREF产生电路由运算放大器A2、R1、Tr、R和-VEE组成，A2和R1、Tr的cb结组成电压并联负反馈电路，以稳定输出电压，即Tr的基极电压。

Tr的be结，电阻R到-VEE为反馈电路负载，由于电路处于深度负反馈，根据虚短的原理，其基准电流为

IREF=VREF/R1=2IE3

由倒T形电阻网络分析可知，IE3=I/2,IE2=I/4,IE1=I/8,IE0=1/16,于是可得输出电压为

vo=i?Rf= (D3·23+D2·22+D1·21+D0·20)

4.电路的优点

从输出电压vo表达式可以看出，基准电流仅与基准电压VREF和电阻R1有关，而与BJT、R、2R电阻无关。这样，电路降低了对BJT参数及R、2R取值的要求，对于集成化十分有利。由于在这种权电流D/A 转换器中采用了高速电子开关，电路还具有较高的转换速度。

八.总结与体会

通过本次大作业的学习和实践，发现了有一下三点体会

1.合作和分工

合作和分工是一直很纠结的问题，如何做到分工恰好与合作相呼应十分重要。在此次中我们不但做好自己的本职工作，而且在实践中大家相互探讨，为对方提出意见，修正错误，不断完善实验。例如在搭建实物时。自己搭建好后，找不出错误，其他人可以帮助你来找出错误，并且可以想到怎样把实物搭建的更为美观。

2.实践与理论

对于实验原理和仿真，我们感觉都不是很难，但在实际搭建时，会发现有好多的问题需要解决，例如电阻的选择，大一点的好，还是小一点的好。电阻的测量，需要在一堆电阻中找到并测量成2倍关系的电阻。还有运算放大器的使用，注意不能将电压接反。线路的布局等等都需要考虑，这些都是理论中没有的。

3通过本次试验，使我们大家对D/A转换器有了透彻的认识与理解。从工作原理到实物的搭建完成。每一步都需要自己完成。特别是经过种种纠结后，终于太工作时那总欣喜与兴奋地感觉，是只有你亲自动手后才能体会的到的，我想这也是这次作业中给了我们难得的东西。

2013年11月