我们之前仿真过二阶RC低通滤波,可以知道当单片机没有DAC外设时,可以使用PWM+二阶RC低通滤波器做模拟DAC;或者当我们需要一路隔离的DAC时,也可以使用PWM过数字隔离器然后再滤波然后做DAC来使用。例如下图,10V占空比为50%的方波经过二阶RC低通滤波器后,输出的电压为5V。
那么这种RC低通滤波器的输出阻抗会不会影响到电路?
那么先出一道题,看一下这个图,输入为10V的方波,过二阶RC滤波器,问节点3和节点5的电压是多少?
节点3的电压还会和刚才一样是5V吗?
答案是否定的。从下图的仿真我们也可以看出,上电后随着电容的充电,最终V(3)会稳定到1.67V,V(5)会稳定到1V。
节点3的电压会由于R3和R4的引入,最终电压为1.67V。计算公式为:
V(3)= [V1*D*(R3+R4)]/(R1+R2+R3+R4)=1.67V
节点5的V(5)电压等于1V,这个比较简单,大家应该会计算。
总结一下就是二阶RC的输出阻抗导致的结果出现了变化,本图中,二阶RC的输出阻抗为R1+R2=20KΩ。而正是因为这个输出阻抗,与后级分压电阻R3和R4分压造成最终输出DAC的电压变化。
所以说当使用PWM+二阶RC做DAC的时候要格外的小心后级电路的输入阻抗。RC滤波的输出阻抗越大,后级电路的输入阻抗越小越危险!例如刚才电路中的二阶RC的输出阻抗为R1+R2,后级电路的输入阻抗为R3+R4.
那么还是稍微的举一个例子,就拿之前滴滴滴的那个4-20mA恒流源来说,这个二阶RC后增加一个电压跟随器就是为了减小二阶RC后的输出阻抗(电压跟随器的理想输出阻抗为0),加了跟随器后可以防止这个二阶RC的输出阻抗对后级的howland电流源造成额外的误差。如果不增加跟随器,同相输入端将多加上二阶RC的输出阻抗。