数模转换器(dac)将数字(用于计算机,如微控制器)转换为模拟电压。它们与模数转换器(adc)相反。数模转换器(dac)有两种主要类型:二进制加权和r-2r
二进制加权dac
上图是一个4位二进制加权dac。如果你还不熟悉二进制数字系统,那么请看我们关于数字系统的文章。dac可以接受0-15之间的数字(十进制,二进制0-1111),并产生一个相应的模拟电压。如果电源电压是5v(逻辑状态块在0v和5v之间切换),那么,电压步长是5v/15=0.333v
每个电阻的值是:
其中:
t 是总位数(在本例中为 4)。
n 是特定位的编号(从零开始)。
k是一个任意常数(图中为1k)。
当然,要从该dac驱动任何类型的负载,我们需要将其通过缓冲运算放大器(有关更多信息,请参阅我们关于运算放大器的文章):
只需添加更多输入和正确值的电阻就可以添加更多位(更高分辨率)。
二进制加权dac的缺点是可能需要大量精密值电阻(使bom膨胀),并且可能很难找到所需精确值的精密电阻。
r-2r dac
r-2r dac只需要2个电阻值,一个电阻值是另一个电阻值的两倍。
4-bit r-2r dac with r=10k (2r=20k)
r-2r dac的缺点是输出电压限制在
的电源电压范围内,其中t是总位数。
另一种思考方式是输出电压限制为电源电压的(分辨率-1)/分辨率,其中分辨率是dac的分辨率(4位dac为16步)。对于采用5v电源的4位adc,其电压为15/16 x 5v = 4.69v
然而,这可以通过精确的放大器增益来纠正,我们将在后面看到。考虑到4位网络的输出电压限制为4.69v,5v电源和4位dac的电压步长为4.69v/15 = 0.31v。
同样,可以使用精确的放大器增益将其校正为超过整个电源电压,这将得到0.333v(与二进制加权dac相同):
与二进制加权dac类似,如果要驱动任何负载,就需要一个放大器。
为了将输出放大到整个电源范围,可以在放大器上使用一个增益,其中t也是总位数。或者,再换一种方式,运算放大器的增益应该是分辨率/(分辨率-1),其中分辨率是dac的分辨率(4位dac的16步)。
这意味着设置ra=r(本例中为10k)
对于4位dac来说,这将是r×15,在本例中为10k×15=150k。这样我们就可以得到完整的5v输出:
因此,为了扩展到整个电源范围,需要任意值的单个精密电阻,但这比二进制加权dac所需的一系列精密电阻更容易处理。
其他dac
另一种类型的dac是滤波pwm类型,其中pwm信号通过r-c滤波器网络低通(如我们的pwm信号文章所述),但这需要相对复杂的电路来产生pwm,并且响应时间不如本文介绍的纯阻性dac类型快。
*本文章版权归英国labcenter公司所有,由广州风标电子提供翻译,原文链接如下:*https://www.labcenter.com/blog/sim-digital-analog-converter/
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