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DAC原理研究
北京交通大学
DAC原理研究
电分课题研究
通信1104邱利茂11211091
吕宗霖
2012/12/10
DAC原理研究
摘要:
本文是通过设计数模转换器的电路。
通过理论的计算,加上用ewb对其进行仿真。
得出实验的结果。
本文通过利用等效方法(戴维南)和叠加原理理论计算。
通过ewb对其仿真并得出结论。
接着在这个结论上设计出三角波据此波。
实现数字信号转换为模拟信号。
最后在运用这种电路的加权特性,设计出一个数字控制增益的电压放大器。
关键字:
数模转换ewb仿真放大器
引言:
将数字信号转换为模拟信号的过程称为数模转换(DigitaltoAnalog),或称D/A转换.能够完成这种转换的电路称为数模转换器(DigitalAnalogConverter),简称DAC.
数字量是用代码按数位组合起来表示的,对于有权码,每位代码都有一定的位权。
为了将数字量转换成模拟量,必须将每1位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量,然后将这些模拟量相加,即可得到与数字量成正比的总模拟量,从而实现了数字—模拟转换。
这就是组成D/A转换器的基本指导思想。
D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。
数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中,数字寄存器输出的各位数码,分别控制对应位的模拟电子开关,使数码为1的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值,再由求和电路将各种权值相加,即得到数字量对应的模拟量。
正文:
首先得出数模转换的基本原理电路图:
理论分析:
首先分析一下运算放大器:
由虚短路特性可以知道,这里正极电压等于负极电压等于出路电压。
可以知道,这是一个电压跟随器。
当电路开关1打开时:
这时候通过节点法求c点电压。
列出节点方程:
最终就可以的到Va=4;
Vb=2;
Vc=1;
可以最终得到Vc=1V;用ewb仿真结果如下图:
当开关2接通电源,其余均接地时:
电路等效于这个,采用戴维南等效法,最终可以得到:
那么可以算的1k上的电压为2V
下面对这种情况进行仿真:
最终的到的仿真结果也为2V和理论值相符。
接下来再对开关接3其余接地时的理论计算:
下面继续运用戴维南等效法:
最终可以等效得到:
经计算可以得到:
1k上面的电压为4V。
下面对其用ewb仿真:
经过仿真可以得到,理论计算和实际是相符的。
进一步计算可以知道:
v0=1/12vs;
v0=1/6vs;
v0=1/3vs;
最终我们可以得出结论:
Vo=1/12(4*D2+2*D1+1*D0)*Vs;
经过原理的基本分析,下面我们可以对通过开关的开合,控制端口输出连续的电压值,实现数字信号向模拟信号的转换。
由线性叠加定理可以知道,端口的电压等于每个压源单独作用时的电压相加。
那么从000到111的信号经理论计算可以电压分别为01234567。
即下如下表:
开关动作
电压值(V)
000
0
100
1
010
2
110
3
001
4
101
5
011
6
111
7
下面我们也用ewb对其仿真:
通过控制ewb中的字发生器,产生000—111进行单步仿真,
最终得到示波器中的波形图:
其中每一格代表1V。
证明我们的结果正确。
进一步验证这个数模转换器的正确性之后,我们开始可以实现数字信号想摸你信号转换,下面给出具体几个例子。
1)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。
设置字发生器的频率为1MHz,可以使得每个信号持续的时间为1uS,同样压源保持不变,幅值就可以达到7V。
需要注意的是,开关要采用压控开关,使得字发生器容易控制。
实验结果:
字发生器:
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的三角波
字发生器控制:
示波器显示结果:
3)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的方波
字发生器:
示波器:
通过以上三个实际列子,这更能直观的感受到数模转换器。
有了上面的数模转换的思想和一些具体的实例,我们可以自己设计一个:
设计一个数字控制增益的电压放大器,V0=knVs,其中n=0-15,k=2,Vs=+/-5V。
我们知道,放大器具有这样的放大功能,运用理想运放,通过反馈,那么我们就可以得到想要的放大倍数。
模型如下:
那么经过理论计算,可以知道,Vo的对地电压Vo=(1+R2/R1)*V.
通过进一步的仿真,我们也可以得到,可以验算它的争取性。
那么接下来,把通过计算把他们并联起来,理论上就可以得到我们想要的数字控制放大器。
但实际上不是这样的。
通过进一步仿真,我们可以发现这样是不行的。
具体原因不明确。
查阅资料[1]可以得到如下方法可以得到我们理想的结果:
10.3数控放大器
利用D/A转换器可以构成增益受数字信号工作的可变增益放大器。
图10.3.1所示为一
个由VDAC构成的数控放大器。
放大器的输入信号V1加在VDAC的基准电压输入端上,从
10.2.1节中的介绍可知,对于电阻网络的DAC,如倒T型电阻网络DAC,有
图10.3.1电路中,输入电压V1等于V
REF,改变数字控制信号D0耀D7的权值,可以改变
输出电压V
o。
启动仿真,单击示波器图标,可以观察到输出波形的变化。
结论:
通过对数字模拟转换器的详细研究,得到数模转换器工作的具体原理。
其中,在用ewb仿真的时候,遇到几个问题1.理想运放的饱和值不能修改。
2.设计数字控制放大器时,放大器的出口并联得不到理论结果。
问题一肯能是实验环境的问题。
可能由于win7兼容性不好。
问题二应该是串并联会影响电阻大小,继而影响最终想要的到的电压。
参考文献:
[1]黄智伟基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M]北京:
电子工业出版社,2008.1.220-222.
[2]闻跃.基础电路分析[M]北京:
清华大学出版社:
北京交通大学出版社,2008.826-30
[3]胡继胜.EDA技术与应用[M]电子工业出版社,2008-8-16-42
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