第9章A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換

9-1一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為多少？

解答：n位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為止，因此8位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為

9-2圖9-27所示電路為3位T形電阻D/A轉(zhuǎn)換器。

(1)試分析其工作原理，求出Vo的表達(dá)式；

(2)如果已知〃=8位的D/A轉(zhuǎn)換器中，VREF=-10V,Rf=3R,輸入

0=11010100時(shí)，輸出電壓vo=?

(3)如果用=2火，對應(yīng)(2)中的輸出電壓vo又是多少？

解答：(1)S3、S2、&、&為模擬開關(guān)，分別受輸入代碼為、4、小、do的狀

態(tài)控制，也就是說輸入代碼的高低電平狀態(tài)可控制流入集成運(yùn)放A反相輸入端

的電流，也就控制了輸出電壓的大小。從而使得輸出電壓與輸入的數(shù)字代碼成比

例關(guān)系。

32

%=--^-(4X2+(/2X2+X2'+JoX2°)-3/?

23/?

輸出電壓表達(dá)式為：v

320

=--^(J3x2+J2x2+J,x2'+J0x2)=-^D

(2)如果已知〃=8位的D/A轉(zhuǎn)換器中，VREF=-10V,Rf=3R,輸入。=11010100

時(shí),同理可推出〃=8位的D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓％=-攀。，即%?8.3Vo

EF

(3)如果用=2R,對應(yīng)(2)中的輸出電壓為％=匕D-2R=-=^-D

28-3/?3.28

9-3在圖9-8所示的倒T形電阻D/A轉(zhuǎn)換器5G7520的應(yīng)用電路中，若

〃=10，VREF=-10V,R{=R,輸入。=0110111001時(shí)，輸出電壓肥=?

解答：輸出電壓為%=-畛空。=爺署x441V2-4.31V

9-4一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓增量VLSB為0.02V,當(dāng)輸入代

碼為01001101時(shí)，輸出電壓vo為多少？

解答：輸出電壓為之=%BQ=0O2*77V=1.54V

9-5不經(jīng)過采樣、保持可以直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換嗎？為什么？在采樣保持

電路，選擇保持電容G,時(shí)，應(yīng)考慮哪些因素？

解答：A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由于輸入的模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出的數(shù)

字信號(hào)是離散的，因此A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼4個(gè)過程。

采樣就是把連續(xù)變化的模擬信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)的信號(hào)用選定的瞬間點(diǎn)對應(yīng)的值

來表示，此值經(jīng)量化/編碼，便得到其對應(yīng)的數(shù)字代碼；采樣的值是瞬時(shí)的，在

下一個(gè)采樣時(shí)刻到來之前這個(gè)值必須保持，否則對其操作的控制器來說則讀不到

轉(zhuǎn)換器的輸出值。因此不經(jīng)過采樣、保持不可以直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

保持電容是保證輸出電壓保持不變的關(guān)鍵，其容量的大小將影響輸出電壓的

下降率，容量越大，輸出電壓下降率越低。然而加大電容量會(huì)使獲取時(shí)間變長，

所以在選擇Gi時(shí)，其容量大小應(yīng)兼顧輸出電壓下降率與獲取時(shí)間兩方面的要求。

9-6逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器中的8位D/A轉(zhuǎn)換器的%1rax=1。2丫，若輸

入匕=4.4V,則轉(zhuǎn)換后的數(shù)字輸出。為多少？

解答：。=史二1匕=空乂4.4=110

VOMAX1S2

9-7一個(gè)原理同圖9-16所示的10位逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器，若時(shí)鐘頻

率為100kHz,試計(jì)算完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。

解答：10位逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)鐘周期數(shù)為

10+1+1=12。若時(shí)鐘頻率為100kHz,則完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間為0.12ms。

9-8在雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器中，若|4|>|為|,試問轉(zhuǎn)換過程中將產(chǎn)生什

么現(xiàn)象？

解答：雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器中，若|匕|>|七|,則根據(jù)第二階段積分計(jì)數(shù)器的

2"

值憶=土匕可知，M將達(dá)到計(jì)數(shù)器的最大值，對大于|味|的輸入來說，其輸出

「

都為計(jì)數(shù)器的最大值，因此轉(zhuǎn)換結(jié)果失效。

9-9已知雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器中，計(jì)數(shù)器由8位二進(jìn)制組成，時(shí)鐘脈沖

頻率/=10kHz,求完成一次轉(zhuǎn)換最長需要多少時(shí)間？

解答：雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器中第二階段積分使得計(jì)數(shù)器達(dá)到最大值時(shí)需要

的轉(zhuǎn)換時(shí)間最長。并且，對于n位轉(zhuǎn)換器來說，第一階段積分時(shí)間為7；=2"心；

第二階段積分時(shí)間為4=出匕，計(jì)數(shù)器達(dá)到最大值對應(yīng)7；=(2"-1)心。完成一

%

次轉(zhuǎn)換最長時(shí)間為T=7；+7；=2"及+(2"-1)不，對于時(shí)鐘脈沖頻率人=10kHz的

8位A/D轉(zhuǎn)換器來說T=Q8+I-1)1=51.1/搐

9-10若雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器中的計(jì)數(shù)器由4片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CT54290組

成，附加位觸發(fā)器由一個(gè)T觸發(fā)器構(gòu)成，時(shí)鐘脈沖頻率式=50kHz,積分器

7?=100kQ,C=1RF,輸入電壓范圍vi=(0-5)V,試求：

(1)第一次積分時(shí)間4。

(2)積分器的最大輸出電壓。

(3)若VR=-10V,當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值M=2610時(shí)，表示輸入電壓均為多

大？

解答：(1)第一次積分時(shí)間7；=104/50kHz=200ms。

(2)積分器的最大輸出電壓

I200x10-3

%](，)=----=----------------z-----------x5=-10V

o，RC1100xl03xlxl0'6

⑶巳端％=^x(—10V)=—2.61V。

9-11圖9-28所示電路中，CB7520倒T形D/A轉(zhuǎn)換器和CT7555定時(shí)器

構(gòu)成頻率可編程的多諧振蕩器，各器件參數(shù)如圖9-28所示。

(1)當(dāng)輸入dgdgd7d6d5d4d3d24do=0000000000和

4444444出44=11111111u時(shí)，分別計(jì)算其對應(yīng)的v01電壓值。

(2)試計(jì)算輸出頻率的范圍。

解答：(1)VOI電壓表達(dá)式為：尸D,其中n=10,m=2,V^F=-4V,

所以當(dāng)輸入44"7d4=oooooooooo,vol=0V.當(dāng)輸入

7d6d5d=1111111111時(shí)，voi?8V。

(2)由于圖中CT7555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，并且控制電壓接入外部

電壓，因此多諧振蕩器振蕩頻率與七o有關(guān)。產(chǎn)生矩形波高電平時(shí)間為

E=(R]+R2)Cln----2一,低電平時(shí)間為T?=RzCIn尸=R<ln2,振

-

VDD-%。0

DD“CO

蕩周期為T