北京交通大学电路分析研究性学习——DAC原理研究
北京交通大学-数电实验-中频自动增益数字电路的研究
《数字电子技术》实验报告中频自动增益数字电路的研究时间： 2014 年 11月姓名：班级： 学号：指导老师： 陆鹏飞目录一实验目的 (2)二实验内容和要求 (2)三实验步骤 (2)1 基础部分：用加法器实现2位乘法电路 (2)（1）设计任务要求 (2)（2）设计方案及论证 (2)（3）制作及调试过程 (3)2 发挥部分：中频自动增益控制数字电路 (4)（1）设计任务要求 (4)（2）设计方案及论证 (4)（3）制作及调试过程 (6)四总结 (7)1 收获与体会 (7)2 对本课程的建议 (8)五参考文献 (8)一实验目的1、掌握中频自动增益数字电路设计, 提高系统地构思问题和解决问题的能力。
2、通过自动增益数字电路实验, 系统地归纳用加法器、A/D和D/A转换电路设计加法、减法、乘法、除法和数字控制模块电路技术。
3、培养通过现象分析电路结构特点，进而改善电路的能力。
二实验内容和要求1、用加法器实现2位乘法电路。
2、设计一个电路，输入信号50mV到5V峰峰值，1KHZ~10KHZ的正弦波信号，输出信号为3到4V的同频率，不失真的正弦波信号。
精度为8位，负载500Ω。
三实验步骤1 基础部分：用加法器实现2位乘法电路（1）设计任务要求用加法器实现2位乘法电路。
（2）设计方案及论证设两位二进制分别为A1A0和B1B0，输出为S3S2S1S0。
电路元件使用与门（74LS08）和集成四位加法器（74LS283）。
其中集成四位加法器74LS283原理框图如图3-1所示。
其中C-1是进位输入，C0、C1、C2、C3分别是每一级加法器的进位输出，实现了两个四位二进制数A3A2A1A0和B3B2B1B0的带进位相加，得到它们的和S3S2S1S0和进位输出C3。
图3-1 集成四位加法器74LS283原理框图在两位二进制乘法中，四位输出的计算式如式3-1~式3-4所示，其中式3-2、式3-3中的“+”为加法而不是逻辑运算“或”。
DAC电路原理
MCS-51单片机的系统扩展技术（五）5 数——模转换接口在工作控制和智能化仪表中，通常由微型计算机进行实时控制及实时数据处理。
计算机所加工的信息总是数字量，而被控制或测量对象的有关参量往往是连续变化的模拟量，如温度、速度、压力等等，与此对应的电信号是模拟电信号。
计算机要处理这种信号，首先必须将模拟量转换成数字量，这一转换过程就是“模——数转换（A/D）”。
由计算机运算处理的结果（数字量）往往也需要转换为模拟量，以便控制对象，这一过程即为“数模转换”（D/A）。
A/D、D/A转换技术发展极为迅速，目前常用的A/D或D/A芯片种类也非常多，本教程介绍的是比较经典的一些芯片的用法，目的在于帮助读教掌握这类芯片接口的一般方法，以及进一步理解数字系统和模拟系统的区别。
当然，这些芯片本身也有一定的实用价值。
一、DAC电路原理D/A转换是将数字量信号转换成模拟量信号的过程。
D/A转换的方法比较多，这里仅举一种权电阻D/A转换法的方法，说明D/A转换的过程。
权电阻D/A转换电路实质上是一只反相求和放大器，图22是4位二进制D/A转换的示意图。
电路由权电阻、位切换开关、反馈电阻和运算放大器组成。
图22 D/A转换的原理权电阻的阻值按8：4：2：1的比例配置，按照运放的“虚地”原理，当开关D3-D0合上时，流经各权电阻的电流分别是V R/8R、V R/4R、V R/2R和V R/R。
其中V R为基准电压。
而这些电流是否存在则取决于开关的闭合状态。
输出电压则是：VO=-（D3/R+D2/2R+D1/4R+D0/8R）×V R×R F基中D3-D0是输入二进制的相应位，其取值根据通断分别为0或1。
显然，当D3-D0在0000-1111范围内变化时，输出电压也随这发生变化，这样，数字量的变化就转化成了电压（模拟量）的变化了。
这里，由于仅有4位开关，所以这种变化是很粗糙的，从输出电压为0到输出电压为最高值仅有16档。
DAC电路原理范文
DAC电路原理范文DAC（Digital-to-Analog Converter）是一种将数字信号转换为模拟信号的电路。
在数字系统中，所有的信息都以二进制形式表示，但在很多应用中，需要将数字信号转换为模拟信号以供模拟电路处理。
DAC电路的原理是通过一系列的操作将数字信号转换为模拟信号，并以连续的方式输出。
首先是采样和保持。
在数字系统中，信号以离散的形式存在，而模拟信号是连续的。
因此，为了将数字信号转换为模拟信号，首先需要对数字信号进行采样和保持。
采样是指周期性地测量数字信号的取样值。
采样的频率决定了数字信号的准确性和模拟信号的带宽。
保持是指在每次采样后，将采样值保持不变，直到下一次采样。
这样可以保证在数字信号转换为模拟信号的过程中，每个采样值都能得到正确的转换。
其次是数字到模拟转换。
数字信号是由一系列二进制位组成的，而模拟信号是连续的。
因此，需要将数字信号转换为连续的模拟信号。
这个过程依赖于基于电流或电压的电路。
最常见的方法是使用PWM（PulseWidth Modulation）电路，将数字信号转换为模拟信号。
PWM电路通过调整脉冲的宽度和频率，实现对模拟信号的精确控制。
宽度和频率的变化决定了模拟信号的幅度和波形。
在DAC电路中，PWM电路输出的信号经过一个低通滤波器，以去除高频成分，得到模拟信号。
低通滤波器通常是一个RC滤波器，用于滤除PWM信号中的高频噪声，使得输出信号更接近连续的模拟信号。
除了PWM电路，还有其他一些方法可以实现DAC电路。
例如，R-2R网络是一种常见的DAC电路，通过一系列的电阻，将二进制数字信号转换为模拟电压信号。
Delta-sigma（ΔΣ）调制器是一种高精度的DAC电路，可以实现高质量的模拟信号输出。
此外，数字对比器DAC和阵列DAC也是常见的DAC电路设计。
总结来说，DAC电路通过采样和保持、以及数字到模拟转换的步骤，实现了将数字信号转换为模拟信号的功能。
不同的DAC电路设计有不同的原理和工作方式，但最终的目标都是将数字信号转换为连续的模拟信号，供模拟电路处理和输出。
dac电路基本原理
§ 9-2 DAC 的一般工作原理一、解码原理1 ．基本公式D/A 转换的基本原理涉及到代数基本定律，即任意一个非负整数 A ，总可以用一个 t 进制数表示为： A= a t +a t +···+a t +a t (9-1)(9-1) 式是一个线性多项式，因此可用线性元件组成的网络来实现解码。
图 9-2 所示是一个电阻解码网络，不难得出：(9-2)其中，（ 9-3 ）式中为所有电阻均接地时的并联等效电阻，称为t 进制加权网络的特征电阻。
显然，这是一个等比级数和的倒数，即：（ 9-4 ）当n→∞时有(9-5)2 ．推导过程在电子系统中，一般 t ＝ 2 ，即二进制加权网络，如图 9-3 所示。
在n→∞时该网络的特征电阻为：(9-6)图 9-2 t 进制加权电阻网络图 9-3 二进制加权电阻网络于是，当有一个电阻 2 i R 接 V R 时， V O 可表示为(9-7)将 (9-3) 式代入上式可得(9-8)显然，当有一个以上电阻分别在 i 、 j 、 k 、…、 s 、 p 等位上接 V R 时，V O 的值可用叠加定理求得(9-9)如果用 a i (i ＝ 0 ， 1 ， 2 ，…， n-1) 为“ 0 ”表示 i 位电阻接地。
a i 为“ l ”表示 i 位电阻接 V R ，则有(9-10)这就实现了由代数基本定律到 D/A 转换的基本原理及过程。
二、 D/A 转换器的基本结构1 ．权电阻网络 D/A 转换器⑴解码网络由电阻网、受数字控制的模拟开关、基准源三部分构成。
图 9-4 权电阻解码网络①解码网的特点每位一个电阻，称为位电阻， n 位需 n 个电阻；取值上（电阻），按二进制整数代码权的规律取值：、、…、，例如 n=8 ， R=15K ，则位电阻依次为：、、…、；②模拟开关每位一个开关，分别由各自数字量控制其切换，“ 1 ”接，“ 0 ”接地，是电压型开关，各路切换的电流不同，最大（电阻为 R ），最小（电阻为）；③基准源 V R⑵ I/O 传输关系由电路结构图可看出：数字量代码不同—— > 开关 S 的状态不同—— > 电阻网结构改变。
dac曲线实验报告
dac曲线实验报告DAC曲线实验报告引言：数字模拟转换器（DAC）是一种将数字信号转换为模拟信号的重要电子元件。
它在通信、音频、视频等领域具有广泛的应用。
为了了解DAC的性能和特性，本次实验旨在通过绘制DAC曲线来研究DAC的输出特性，并对其进行分析和评估。
一、实验目的本次实验的目的是通过测量DAC的输出电压与输入数字代码之间的关系，绘制DAC曲线，并通过曲线分析DAC的线性度、分辨率等性能指标。
二、实验原理DAC的工作原理是将输入的数字代码转换为相应的模拟电压输出。
一般而言，DAC的输出电压与输入数字代码之间存在线性关系。
DAC曲线是指在不同输入数字代码下，DAC的输出电压与输入数字代码之间的关系曲线。
三、实验步骤1. 连接实验电路：将DAC与信号发生器、示波器等设备连接，确保电路连接正确。
2. 设置信号发生器：将信号发生器的输出频率和幅度设置为适当的数值，使得DAC的输入数字代码能够覆盖整个量程。
3. 设置示波器：将示波器的触发方式设置为外部触发，并调整合适的触发电平和触发沿。
4. 开始测量：通过信号发生器逐步改变输入数字代码，记录相应的DAC输出电压，并绘制曲线。
四、实验结果与分析根据实验步骤记录的数据，绘制了DAC曲线，并进行了分析。
1. DAC曲线的线性度分析DAC曲线的线性度是衡量DAC输出电压与输入数字代码之间线性关系的指标。
通过观察DAC曲线的斜率，可以判断DAC的线性度。
如果曲线呈现直线状，表示DAC具有良好的线性度；如果曲线出现明显的非线性变化，表示DAC的线性度较差。
2. DAC曲线的分辨率分析DAC曲线的分辨率是指DAC输出电压的最小变化量。
通过观察DAC曲线的细节，可以判断DAC的分辨率。
如果曲线上相邻两点之间的电压变化较小，表示DAC具有较高的分辨率；如果曲线上相邻两点之间的电压变化较大，表示DAC的分辨率较低。
3. DAC曲线的非线性误差分析DAC曲线的非线性误差是指DAC输出电压与输入数字代码之间的偏差。
北京交通大学基础电路分析总结
第三章 小 结
一,放大电路的组成原则 1.核心元件:是有源元件,即晶体管或场效应管. 1.核心元件:是有源元件,即晶体管或场效应管. 核心元件 2.直流电源设置:数值,极性的设置要正确. 2.直流电源设置:数值,极性的设置要正确. 直流电源设置 3.电路参数设置:应保证晶体管工作在放大区, 3.电路参数设置:应保证晶体管工作在放大区,场效应管工 电路参数设置 作在恒流区,即建立起合适的静态工作点,保证电路不失真. 作在恒流区,即建立起合适的静态工作点,保证电路不失真. 4.结构的设置:保证的信号传输, 4.结构的设置:保证的信号传输,应能够有效地作用于有源 结构的设置 元件的输入回路,输出信号能够作用于负载之上. 元件的输入回路,输出信号能够作用于负载之上.
注重培养系统的观念,工程的观念,科技进步 的观念和创新意识,学习科学的思维方法.提倡 快乐学习!
七,考查方法
1. 会看:读图,定性分析 会看:读图, 2. 会算:定量计算 会算:
} 考查分析问题的能力Байду номын сангаас
3. 会选:电路形式,器件,参数 会选:电路形式,器件, 考查解决问题的能力-- --设计能力 考查解决问题的能力--设计能力 4. 会调:仪器选用,测试方法,故障诊断,EDA 会调:仪器选用,测试方法,故障诊断, 考查解决问题的能力-- --实践能力 考查解决问题的能力--实践能力
仪器选用测试方法故障诊断eda考查解决问题的能力设计能力考查解决问题的能力实践能力综合应用所学知识的能力系统集成的能力仿真能力创新能力半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物体
四,模拟电子技术基础课的特点
1,工程性 ,
实际工程需要证明其可行性.强调定性分析. 实际工程需要证明其可行性.强调定性分析.
电路分析专题研讨-数字-模拟转换器(DAC)原理研究
数字-模拟转换器（DAC）原理研究题目描述：图 1-1 可作为研究DA 转换电路的模型，其中开关，，分别与三位二进制数相对应。
当二进制数为“1”时开关接入相应电压Vs，为“0”时开关接地。
设Vs=12V。
(1)列出从000 到111 所有数字信号对应的模拟电压。
（2）若每隔1us 可以给出一个数字信号，试给出一种产生周期为16us，幅度为7V 的锯齿波和三角波和方波的数字信号方案（仅给出一个波形周期的数字信号即可）。
用EWB 软件仿真你的设计方案。
（3）查阅DAC0832 芯片手册，分析其倒置R-2R 电阻网络（图1-2）进行DAC 转换原理。
当其输出接电流电压转换运放如图1-3 时，推导其输出电压。
（4）扩展：设计一个数字控制增益的电压放大器，V0=nkVi，其中n=0-15，k=2,Vi=+/-5V。
用EWB 仿真设计结果。
方案及原理描述由图1—1利用等效法和叠加法求V0。
叠加定理：由全部独立电源在线性电阻电路中产生的任一电压或电流，等于每一个独立电源单独作用所产生的相应电压或电流的代数和。
理论分析及计算由V0=V-=V+知，实际为最右端2k?电阻上的电压（1）让Vs1单独作用，使开关接地，Vs2=Vs3=0，此时利用元件约束关系可以将电路逐步简化为：（此时1k?两端电压为4 V0，所以回路中的电流大小为4V0 mA，利用KVL可得，V0=Vs1）(2)让Vs2单独作用，使开关接地，Vs1=Vs3=0，此时利用元件约束关系可以将电路逐步简化为：（此时左右两条支路的电压均为2 V0, 电流均为V0。
）（此时1k?两端电压为2V0，回路中的电流为2V0 mA,由KVL知：V0=Vs2）（3）让Vs3单独作用，使开关接地，Vs2=Vs1=0，此时利用元件约束关系可以将电路逐步简化为：(此时1k?两端电压为V0，回路中电流为V0 mA，由KVL知：V0=Vs3)。
综上，有叠加法有：V0=Vs1+Vs2+Vs3。
北京交通大学数电实验(中频增益电路)实验报告
数字电子技术实验报告中频自动增益数字电路研究指导老师：佟毅学生姓名：学号：班级：完成时间：2014.11.22目录一设计任务要求 (3)二设计方案及论证 (3)1 任务分析 (3)（1）实验1 两位乘法器 (3)（2）实验2 中频放大增益 (3)2 方案比较 (5)3 系统结构设计 (5)（1）模数转换并比较 (5)（2）控制部分 (5)（3）锁存部分 (6)（4）数模转换与运算放大部分 (7)4 具体电路分析 (7)（1）实验1 (7)（2）实验2 (8)（3）所用元件功能与引脚图 (9)三制作与调试过程 (13)1 制作与调试流程 (13)2 遇到的问题和解决方法 (13)四系统测试 (13)1 测试方法 (13)2 测试数据 (14)3 数据分析和结论 (16)五总结 (17)六参考文献 (17)一设计任务要求1 用加法器实现2位乘法电路。
2 设计一个电路，输入信号50mV到5V峰峰值，1KHZ～10KHZ的正弦波信号，输出信号为3V到4V的同频率，不失真的正弦波信号。
精度为8位，负载500Ω。
二设计方案及论证1 任务分析（1）实验1 两位乘法器设两位二进制数分别为A1A0，B1B0图2-1 两位乘法原理图由图2-1知，为实现2位乘法电路，电路需采用74ls08与门和74283加法器，并令S1=A1B0+A0B1 S2=A1B1 S0=A0B0 S3=0 （式2-1-1）则S3S2S1S0即为所得乘积（2）实验2 中频放大增益I.除法电路利用DAC0832内部的R—2R电阻网络，输出Iout1和Iout2分别接运放的反相输入端和同相输入端，使运放工作在线性状态。
当DAC0832的VREF端接运放的输出时，RFB端接模拟输入信号时，实现除法功能。
（如图2-2所示）可以推导出DAC0832构成除法器时的输出表达式：U o =−28U i∑D i 2i 7i=0∗R R f （式2-1-2）通过加入反馈电阻R f ′，我们想要公式变为如下形式：U o =−U i∑D i 2i 7i=0 （式2-1-3）上式可以简写为：U o =K ′U i D （式2-1-4）其中D =∑D i 2i 7i=0。
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DAC原理研究
北京交通大学
思源
2014年12月
一、背景介绍
数字技术是当代电子技术和计算机应用的重要工具。
在实际应用中，计算机输出的二进制数字需要转换成为连续变化的电压值，完成这个功能的部件叫做数字-模拟转换器（DAC）。
DAC用集成电路芯片实现。
实现DAC有不同的原理，其中一类DAC利用了电阻网络和数字控制的开关组成。
图2所示为典型的DAC芯片DAC0832及其内部的开关电阻电路。
由上图所示网络构成DAC有两种方式。
正向R-2R电路：
此时输出电压与二进制数字量成比例。
以及倒置R-2R电路：
此时输出电流与二进制数字量成比例，运放与反馈电阻构成电流-电压转换电路，使得输出电压与二进制数字量成比例。
二、理论分析
（1）利用叠加定理和戴维南定理分析上面两种DAC 电路的工作原理，证明输出电压幅度与二进制数字量成比例。
正向的情况:
这是一个以3个开关为例的简图:
其中,每一个开关的一端可视为接地,另一端视为接上一个电压值为 的电压源.
在运算放大器方面,由虚短路特性可知其为一个跟随特性的电压, , 这里运算放大器起到缓冲的作用.
故电路可化为如图所示
:
接下来我们来分析这个电路:
首先,我们来分析D0开关处的情况,当D0接时:
由等效变换,我们可将电压源与电阻的串联变换为电流源与电阻的并联,其中该电流源电流值等于,我们设其为,如图.
将两个电阻并联处理成一个阻值为的电阻,如图:
之后在进行等效变换化为一个值电阻和一个值为的电压源,如图:
故此时它可等效为一个的电流源与值电阻并联的支路。
当D0未接Vs时,如图：
此时可直接利用电阻的串并联特性,直接化为一个电阻,如图:
当我们来到D1开关时我们可等效为图下所示：
其中当D0闭合时,,当D0断开时,.
之后继续利用类似于分析D0的方法分析D1两端电压:
当D1短路时,继续利用等效变换法可以令其化为一个干路上是个阻值为的电阻,两个支路上分别是一个的电阻和一个电流值为的电流源,如图
故继续利用等效变换法可化为一个的电阻和一个电流值为的电流源串联的电路:
当D1断路时,我们可以用类似的方法,得到一个的电阻和一个电流值为的电流源串联的电路:
此时我们可以推出该电流源的电流值为:
以此类推,我们可以得到第n-1个电流源的电流值为：
此时整体电路等效为:
当Dn接Vs时,电路可化为图下所示电路：
当Dn未接Vs时,电路可类似上面,化为一个的电阻和一个电流值为的电流源串联的电路(图略).
此时,
故输出电压幅度与二进制数字量成比例.
类似的,每一个支路上的节点电压
这条性质在之后要用到.
反向的情况(图以三个开关情况为例):
由于虚短路特性, , ,而又因为 故所求 故电路可化为如图所示:
我们从D0开始分析:
当D0接”1”端,即运算放大器负端, . 当D0接”0”端,即运算放大器正端, . 故
接下来我们考虑D1的情况,如图,有节点处电压 :
Vo
Vs
Vo
由于无论D0接哪一端都接地,所以在该支路上有如下关系图:
故
故此时
而D1之路上,仍满足关系式 故此时 =
由上述推导,我们有 ,不妨令 则由下图有:
,则 ,同时满足初始条件
故运用数学归纳法可得结论:每一个开关的支路电压满足:
Vo
故n个支路时,总电流==
故所求.
故输出电压幅度与二进制数字量成比例.
（2）对两种电路，计算从参考电压Vs看进去的等效电阻，两者有什么不同？哪一种更好些？
正向的情况:
图如下:
当某一开关Di所在支路开关接到”0”端,
当某一开关Di支路开关接到”1”端,由图：
故此时.
故一般情况下.
故正向等效电阻
等效
反向的情况:
由定义,
等效,且由之前推导,每一个开关的支路电压满足:. 故由下图
得,故等效
两者对比:
正向电路中,
等效
反向电路中,
等效
可见
反向等效是一个定值为的电阻而
正向等效
是随着每一个开关Di的开关情况而改变
的,所以反向电路比正向电路稳定.
而由最后的电压公式:
正
反
可知
正,而
反
可依据的改变取任意值.
故反向电路还有一个优点是输出电压可取任意值,不过需要注意的一点是,这可以取到很大的电压对运放是个很大的负荷.
三、Multisim仿真结果
（3）用EWB或Multisim对两种电路进行仿真，为了简化，采用3位DAC结构和手控单刀双掷开关.
正向R-2R电路，如图所示：
①D0、D1、D2全断开（000）
②D0闭合D1、D2断开（001）
③D0、D1闭合D2断开（011）
④D0、D2闭合D1断开（101）
⑤D0、D1、D2全闭合（111）
以上结果与理论分析值完全吻合.
倒置R-2R电路，此时取反馈电阻Rb=4kohm，验证倒置网络可以输出大于Vs的电压值。
如图所示：
①D0、D1、D2全断开（000）
②D0闭合D1、D2断开（001）
③D0、D1闭合D2断开（011）
④D0、D2闭合D1断开（101）
⑤D0、D1、D2全闭合（111）
以上结果与理论分析值吻合.
（4）用仿真方法实现简单波形输出.
我们采用Multisim中自带的数字发生器实现矩形波和三角波的输出。
二进制数字发生器可以根据预定的时间间隔输出一系列数字对应的二进制位电压。
仿真电路图如下：
按照题目要求，为产生锯齿波形，我们将数字发生器中的起始点设为00000000，考虑电压波形显示情况，每个电压点延续一次，一直增加至00000007后为终止值。
并将数字发生器的模式选为循环，则数字发生器将循环产生十六进制00000000至00000007电压。
对应于二进制电压，则为000-111.
数字发生器的属性界面设置如图：
锯齿波仿真波形：
为产生三角波形，我们将数字发生器中的起始点设为00000000，考虑电压波形显示情况，同样每个电压点延续一次，一直增加至00000007后为再返回00000000。
并将数字发生器的模式选为循环，则数字发生器将循环产生十六进制00000000至00000007至00000000电压。
对应于二进制电压，则为000-111-000.
数字发生器的属性界面设置如图：
三角波仿真波形：
五、拓展研究
（5）如果将上面两种DAC的参考电压Vs作为输入信号，可以实现二进制数字控制放大量的程控增益放大器. 用仿真方法验证这个功能.
我们选取倒置3位R-2R电路为例，将原有的直流电压源更换为由信号发生器产生的正弦电压，因为此时需要观察正弦波的变化情况，故将万用表换为示波器.
仿真电路如图：
通过控制三个开关，可以实现对正弦电压放大不同倍数，从而实现程控增压放大器的功能.正弦电压参数为：f=2khz,Vpp=10V.
我们取开关组合的三个情况来进行仿真模拟：
①当D0闭合，D1、D2断开时，
由示波器自带游标知此时输出正弦波Vpp=-2.53V.
②当D0、D1闭合，D2断开时，
此时，Vpp=-29.98V.
③当D0、D1、D2全闭合时，
此时，Vpp=-40.44V.
通过三开关的动作操控输出正弦电压的幅值. 六、参考文献
[1] 数字-模拟转换器（DAC）工作原理研究，百度文库，2012年
[2] 《程控增益放大器的研究》论文AD603，2013年。