模数转换与数模转换电路原理及应用

"本章主要介绍了模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的基本原理、分类以及它们在电子系统中的应用。通过学习，可以理解不同类型的转换电路的优缺点、性能指标和适用场景，并结合模拟电路知识进行分析。" 在电子工程领域，模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）是至关重要的组件，它们在数字化信号处理系统中起着桥梁的作用。ADC将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，而DAC则执行相反的操作，将数字信号转换为模拟信号。 7.1 概述 模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）广泛应用于各种电子设备中，例如传感器数据采集、音频和视频信号处理、工业控制系统等。模拟信号通常代表物理量，如温度、压力、流量等，而数字信号则方便进行计算和存储。ADC常用于将传感器检测到的模拟信号转换为数字信号，以便计算机处理；DAC则用于将数字信号转换为模拟信号，驱动执行机构。 7.2 D/A转换器 D/A转换器有多种类型，包括权电阻网络型、倒T型电阻网络型、权电流型以及双极极性输出型。这些不同的结构决定了它们在精度、速度、功耗和成本等方面的差异。D/A转换器一般由数字输入、权重网络和求和放大器组成，通过不同权重的分压或分流来产生与输入数字序列成比例的模拟输出。 7.2.1 工作原理 D/A转换器的核心是将数字信号转化为模拟电压或电流。最简单的D/A转换器结构是将数字输入码分配到一组权重不等的电阻或电流源上，然后通过求和放大器得到输出电压。数字输入的每一位对应一个权重，高电平（通常为1）时对应的电阻或电流源导通，低电平（通常为0）时不导通。 7.2.2 权电阻网络D/A转换器 权电阻网络D/A转换器利用一系列具有不同阻值的电阻网络，根据二进制数字的位权生成相应的电压分压，然后通过求和放大器获得总电压输出。 7.2.3 倒T型电阻网络D/A转换器 倒T型电阻网络D/A转换器利用倒T型电阻网络，每个开关对应一位数字输入，通过控制开关状态改变电流路径，实现电压的线性组合。 7.2.4 权电流型D/A转换器 权电流型D/A转换器使用电流源代替电阻，根据数字输入的每一位导通相应的电流源，总电流经过一个低阻抗负载产生模拟电压。 7.2.5 双极极性输出的D/A转换器 这种类型的D/A转换器能够输出正负两种极性的模拟电压，适用于需要全范围电压输出的应用。 7.3 A/D转换器 A/D转换器的种类同样多样，包括直接型、并联比较型、反馈比较型和变换型等。它们的主要技术参数包括分辨率、转换速率、精度、线性度、功耗和失调电压等。 总结来说，模数和数模转换电路是现代电子系统的关键组成部分，它们使得数字系统能够处理模拟世界的信号。了解和掌握各种类型的ADC和DAC有助于选择和设计适合特定应用需求的转换方案。通过深入学习电路基本原理，结合模拟电路知识，可以更好地理解和优化这些转换器在实际系统中的性能。