集成電路數模轉換器都是二進制輸入的,而用運放構成的數模轉換器則不受數制和位數的限制。它運用了運放的反相加法器原理,如圖1所示。
當運放的增益足夠高時,其反相輸入端為虛地,其輸出電壓v0由下式決定:
當VI=V2=V3=V4=V時。如果令Rl=,則Vo=-V(1+2+4+8),構成的是二進制數模轉換器。當然,電阻個數還可增加,以構成更多位的轉換器。
如增加電阻:
(10+20+40+80)],便可構成兩位十進制BCD碼數模轉換器。其實,用電阻并聯的方法分析,也可得出上述結論。
依據上述原理構成的數模轉換器的具體電路如圖2、圖3所示。考慮到運放輸出電壓范圍的限制,在保持上述比例關系不變的前提下,對電阻取值進行了適當處理,其中反饋電阻R的取值可以變化,因為它并不影響轉換中相互比例關系,而只影響輸出電壓的大小。
圖中的運放必須采用CMOS型,因CMOS型的輸入是高阻,使得選用較寬范圍的電阻值和低至幾μA的偏置電流,對轉換精度幾乎沒有影響。運放的失調電壓一般在2mV內即可,它僅對低電壓稍有影響,電壓高時就忽略不計了。如要求較高,可使用帶調零端的運放。
電阻必須用金屬膜電阻,其選用原則是阻值越小的電阻,其精確度要求越高。如大至16MΩ申陽即停有±5%的誤差,也僅使最低電壓0.039V變為0.037V或0.041V,對滿度電壓9.96V的誤差僅為0.02%,而125kΩ電阻即使只有1%誤差,也將使滿度電壓的誤差達O.5%,因此應盡量減少小阻值電阻的誤差。
由于輸出電壓與基準電壓極性相反。可以增加一級運放,將負電壓轉為正電壓。還可通過R反的調整使電壓大小發生變化,以適應各種場合的需要。
上述數模轉換器的輸入接口,若采用圖示撥碼開關,因其導通電阻極小,當然毫無問題。若采用CMOS電路驅動,則應考慮導通電阻的影響。
筆者實測,74HC系列電路高電平輸出電阻約50Ω,低電平灌人電阻約40Ω,而CD系列電路的上述電阻均高達200Ω~500Ω。若以5V電源作基準電源,并以74HC系列電路驅動轉換器,其導通電阻導致的誤差不超過0.04%。
一般可以忽略。同時,還可將5V電源_丁十為5.002V加以補償。要求較高者也可將125kΩ減為124.95kΩ)、250kΩ減為249.95kΩ等。低電平時電阻兩端電壓均為0,根本不用考慮。CD系列電路導通電阻太大,建議不采用。
選配電阻時,可在輸出端接上數字萬用表監測電壓。如16MΩ電阻應輸出30mV,8MΩ電阻應輸出78mV……250Ω)電阻應輸出2.5V,125kΩ電阻應輸出5V。這樣便可將電阻校準。
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