电子技术基础张龙兴版全套教案Word文档下载推荐.docx

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1．T形电阻网络数模转换器的工作原理。

2．倒T形电阻网络数模转换器的工作原理。

教学难点

数模转换器的工作原理。

学情分析

-

教学效果

教后记

A．引入

把模拟信号转换成数字信号，称为模数转换；

把数字信号转换成模拟信号称为数模转换。

相应地把实现AD转换的电路称为AD转换器ADC；

实现DA转换的电路称为DA转换器DAC。

B．新授课

15.1.1 T型电阻DAC

1．电路组成

：

4个电子模拟开关，分别受输入的数字信号控制。

当=0时，开关切换到接地端；

当=1时，开关接向基准电压。

2．工作原理

（1）特点

①从任一节点向左或向右到接地或虚地端的等效电阻相等，其大小为2R。

②从任一模拟开关到接地端或虚地端的等效电阻为3R。

如图（b）所示。

（2）基本原理

①n位二进制数每1位的权。

一个n位二进制数可表示为，其最高有效位MSB到最低位有效位LSB的权位依次为，，…，，。

②每1位按权的大小转换成相应的模拟量。

为了将数字量转换成模拟量，必须将二进制的每1位按权的大小转换成相应的模拟量。

③将代表各位的模拟量再相加，这样就可以得到与该数字量成正比的模拟量。

（3）计算

模拟开关是接向基准电压，还是接向地端，受到输入的二进制数码控制。

因此，的一般表达式为：

输出电压为：

对于n位T型网络DAC，可推广为

输出模拟电压与输入数字量成正比，比例系数为-。

例15-1 有一个5位T型电阻DAC，=10V，，，试求出输出电压=？

解 由上述公式可得

  15.1.2 倒T型电阻DAC

模拟开关直接与虚地相连。

当=0时，对应的模拟开关接向地端；

当=1时，对应的模拟开关接向虚地端。

图中反相运放A的反馈电阻。

因为倒T型DAC任一节点对地的等效电阻为R，所以从基准电压流出的电流I为

电流每流过一个节点，就均分为两支相等的电流。

各模拟开关、、、流过的电流分别为I2、I4、I8、I16，而且与开关的状态无关。

输入数码为任意值时，的一般表达式为：

  输出电压为：

（引导学生分析工作原理）

（讲解）

练习

1．试画出计算信号处理的方框图。

说明各部分电路的作用。

2．倒T型电阻DAC与T型电阻DAC相比，模拟开关的工作状态不同？

倒T型电阻DAC与T型电阻DAC相比，有什么优点？

小结

1．数模转换器的功能是将数字信号转换为模拟信号。

2．对于n位T型网络DAC，输出电压为

  3．倒T型DAC输出电压为：

布置作业

P267习题十五

15-2，15-4。

15.2 模数转换器（ADC）

1．了解模数转换器的电路结构和工作原理。

2．了解模数转换器的一般应用。

1．模数转换的基本原理。

2．并行比较型ADC。

3．逐位比较型ADC。

模数转换的基本原理。

AD转换器是所有数字测量仪器的核心部分，一个被测模拟量要用数字量显示出来，必须先将模拟量转换成数字量。

15.2.1 模数转换的基本原理

1．采样和保持

（1）采样：

就是对连续变化的模拟信号定时进行测量，抽取样值。

通过采样，一个在时间上连续变化的模拟信号就转换为随时间断续变化的脉冲信号。

（2）采样过程

图（a）为一个受控的模拟开关，构成采样器。

到来时，V导通，=。

采样器在采样脉冲的控制下,把输入的模拟信号变换为脉冲信号，如图（b）所示。

（3）采样—保持电路

为了便于量化和编码，需要将每次采样取得的样值暂存，保持不变，直到下一个采样脉冲的到来。

这就要接一个保持电路。

2．量化和编码

量化：

就是把采样电压转换为以某个最小单位电压的整数倍的过程。

分成的等级称为量化级，称为量化单位。

编码：

就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。

量化误差：

采样后得到的样值不可能刚好是某个量化基准值，总会有一定的误差，这个误差称为量化误差。

15.2.2 并行比较型ADC

由电阻分压器、电压比较器及编码电路组成。

电阻分压器：

确定量化电压。

电压比较器：

用来确定采样电压的量化。

编码器：

对比较器的输出进行编码，然后输出二进制代码。

①提供参考电压 由8个大小相等的电阻串联构成电阻分压器，产生不同数值的参考电压，形成共7种量化电平。

②进行电压比较，输出数字量 7个量化电平分别加在7个电压比较器的反相输入端，模拟输入电压加在比较器的同相输入端。

当大于或等于量化电平时，比较器输出为1，否则输出为0，电压比较器用来完成对采样电压的量化。

③编码 比较器的输出送到优先编码器进行编码，得到3位二进制代码。

并联型AD转换器的转换精度主要取决于量化电平的划分，分得越细，精度越高。

15.2.3 逐位比较型ADC

1．转换原理

逐位比较型AD转换器的转换原理与天平称物的过程十分相似。

假设天平有10g、5g、2.5g、1.25g和0.625g五种砝码，欲称一质量为15.76g的物体，用天平称的过程是将砝码从大到小依次加入并与物重逐次比较：

比较结果为物重>

砝码重的和，保留加入的这个砝码，记作1。

比较结果为物重<

砝码重的和，去掉加入的这个砝码，记作0。

这样，将所有的砝码比较一遍后，得到了用二进制代码表示的物体质量11001，所称的物体的质量为（10+5+0.625）g=15.625g，与物体实际质量15.76g相差0.135g。

显然，砝码越多，用二进制表示物体质量的位数越多，误差就越小。

这种用已知砝码质量逐次与未知物体质量进行比较，使天平上砝码的总质量逐次逼近被称物体质量的方法，叫逐位比较法。

2．电路框图与工作原理

由控制电路、数码寄存器、DA转换器及电压比较器C等四部分电路组成。

以3位AD转换为例说明工作过程：

（1）控制电路使数码寄存器的输出为100，经DA转换器变为相应的电压，送入比较器C与采样电压比较。

若>

，则将最高位的1保留，反之就清除，使最高位为0。

（2）接着控制器将次高位置1，再经DA转换器变为相应的电压，送到比较器C与采样电压再比较，同样方法来决定该位为1还是0。

（3）一直比较到最低位为止。

这样，数码寄存器中的数码就是AD转换后的数码。

（引导学生参考教材资料）

1．试画出计算机信号处理系统的方框图。

说明各部分的作用。

2．试简述ADC的工作过程。

模数转换器有并行比较型ADC和逐位比较型ADC。

15-5，15-6。