这里所示的电路是四位模数转换器（ADC）。具体来说，它是一个闪光变频器，因其高速而得名:
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解释为什么我们必须使用优先级编码器进行编码比较器输出为4位二进制代码，而不是常规编码器。如果我们在这个ADC电路中使用非优先级编码器，会有什么问题?
预测以下故障将如何影响这个“闪光”模数转换器(ADC)电路的运行。独立考虑每一个故障(即一次一个，不存在多个故障):
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对每一种情况进行解释为什么由此产生的影响将会发生。
这个问题的目的是接近电路故障排除从知道错误是什么，而不是只知道症状是什么。虽然这不一定是一种现实的角度，但它可以帮助学生建立诊断来自经验数据的故障电路所需的基础知识。其他问题（最终）应由其他问题遵循（最终），要求学生根据测量确定可能的故障。
这种“闪光”ADC电路存在问题。输出代码跳跃0000来1111只需极少量的输入电压(V在）.事实上，这是它唯一的输出时间0000当输入端子时，输入终端与参考输入终端略有阴性地面：
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识别至少两个可能导致此问题的可能组件故障，并解释您如何在您的标识中解释您的推理。
一个可能的错误是电阻器r16已经失败了，但这并不是唯一的可能性。
让你的学生在课堂上向你解释他们的推理，这样你就可以观察他们诊断性的思维过程。
| 不要只是坐在那里！建造一些东西!! |
学习分析数字电路需要大量的学习和实践。通常情况下，学生通过做大量例题来练习，并对照课本或老师提供的答案来核对答案。虽然这很好，但还有一个更好的方法。
实际上你会学到更多构建和分析真实电路，让您的测试设备提供“答案”，而不是一本书或其他人。要想成功地构建电路，请遵循以下步骤:
始终确保电源电压水平在您计划使用的逻辑电路的规范范围内。如果TTL，电源必须是一个5伏的稳压电源，调整到一个值尽可能接近5.0伏直流。
一个可以节省时间和减少错误可能性的方法是，从一个非常简单的电路开始，在每次分析后逐步增加组件来增加它的复杂性，而不是为每个实践问题建立一个全新的电路。另一种节省时间的技术是在各种不同的电路配置中重复使用相同的元件。这样，您就不必多次度量任何组件的值。
让电子自己解答你自己的“练习题”吧!
根据我的经验，学生需要大量的电路分析练习才能精通。为此，教师通常会给学生提供大量的练习题，并提供答案供学生核对。虽然这种方法让学生精通电路理论，但它没有充分教育他们。
学生们需要的不仅仅是数学练习。他们还需要真实的动手实践，建造电路和使用测试设备。因此，我建议以下替代方法:学生应该建造自己的“实践问题”用真实的组件，并尝试预测各种逻辑状态。通过这种方式，数字理论“活了起来”，学生们获得了实践上的熟练程度，而不仅仅是通过解决布尔方程或简化卡诺图。
采用这种实践方法的另一个原因是为了教学生科学的方法:通过实际实验来检验假设(在这里是逻辑状态预测)的过程。学生也将发展真正的故障排除技能，因为他们偶尔会犯电路构造错误。
在开始之前，花点时间和您的班级复习一些构建电路的“规则”。用与学生讨论习题相同的苏格拉底式方式讨论这些问题，而不是简单地告诉他们应该做什么，不应该做什么。当学生们以一种典型的讲课(教师独白)形式呈现时，他们对指令的把握是如此之差，这让我一直感到惊讶!
我强烈推荐CMOS逻辑电路用于家庭实验，在那里学生可能没有访问5伏稳压电源。现代CMOS电路在静电放电方面要比第一代CMOS电路坚固得多，所以担心学生没有一个“适当”的实验室设置在家损害这些设备基本上是没有根据的。
有些老师可能会抱怨让学生建立真实的电路而不仅仅是数学分析理论电路，这“浪费了”时间，这里我要给他们一个提示:
学生选择您的课程的目的是什么?
如果您的学生将使用真实电路，那么他们应该随时了解实际电路。如果您的目标是教育理论物理学家，那么通过所有方式粘在抽象分析中！但我们大多数人计划我们的学生在真实世界中与我们提供的教育做某事。beplay网页版本建造真实电路的“浪费”的时间将在将他们的知识应用于实际问题时支付巨大的股息。
此外，让学生建立自己的练习问题，教他们如何表演主要研究，从而使他们能够继续他们的电气/电子学自主教育。beplay网页版本
在大多数科学中，现实的实验比电路更加困难和昂贵。核物理学，生物学，地质和化学教授只想让他们的学生将高级数学应用于真正的实验，没有安全危险，而且耗费少于教科书。他们不能，但你可以。利用科学的便利性，以及让那些学生在很多真实电路上练习他们的数学！
一个比较器可以认为是一个1位模数转换器:
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解释为什么这种对比较器的描述是适当的。“模数转换器”(ADC)到底是什么意思?
所有ADC都输入一个或多个模拟信号并输出离散信号。
对比较器的描述不仅仅是理论上的。在许多实际的ADC电路中，比较器实际用作主要模数转换设备。这尤其如此过采样或者法转换器，可以围绕一个(1位)比较器构建。
闪光模数转换器很容易理解，但在许多应用中并不实用。找出“闪光”电路设计的一些缺点。
Flash转换器电路有太多组件！实际上，答案比这更详细，但很容易找到自己，我将把研究的任务留给你。
很遗憾，闪光转换电路遭受了它们所具有的缺点。它们很容易理解，而且比其他电路设计具有固有的速度优势!与您的学生讨论为什么flash设计的弱点使其他ADC类型的必要性，甚至在大多数应用程序中更可取。
解释这种模数转换器电路的工作原理，通常称为跟踪转换器:
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二进制计数器将根据需要“跟踪”模拟输入电压，从而产生连续表示输入的二进制输出。
后续问题:这种形式的ADC在跟踪快速变化的输入信号时不是很有效。解释为什么。
让你的学生用自己的话语表达这个问题的答案，而不仅仅是复制我提供的答案。除闪存转换器外，跟踪转换器是最简单的ADC电路之一。
解释这种模数转换器电路的工作原理，通常称为逐次逼近转换器:
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注意:逐次逼近寄存器(SAR)是一种特殊的二进制计数电路，它从最高有效位(MSB)开始计数，然后是下一个较低有效位，一直到LSB。此时，它在“完成”输出端输出一个“高”信号。该寄存器的操作类似于手动将一个十进制数字转换为二进制的过程，首先通过MSB“试配”，通过所有连续的位到LSB。
逐次逼近寄存器根据需要在模拟输入电压上“归零”，从而产生一个二进制输出，每n个时钟周期锁定一个正确的值，其中n是DAC输入的位数。
随访问题：这种形式的ADC在追随快速改变的输入信号之后更有效跟踪转换器的设计。解释为什么。
让你的学生用自己的话语表达这个问题的答案，而不仅仅是复制我提供的答案。除闪存转换器外，跟踪转换器是最简单的ADC电路之一。
说明a的工作原理斜坡用你们自己的话来说就是ADC电路。
我不会在这里给出所有的细节，但是单斜率转换器使用一个积分器和一个二进制计数器，二进制输出由计数器允许计数的长度决定。
教程中有大量关于简单ADC策略的内容，因此您的学生应该能够找到关于单斜率ADC操作的充分解释。
说明a的工作原理双坡用你们自己的话来说就是ADC电路。
我不会在此放弃所有细节，但双斜率转换器使用单斜率ADC的相同积分器和二进制计数器。然而，积分器在双斜率设计中使用不同的比特，因此由于对集成器分量值的相对不敏感性而导致的高频噪声和更高的精度更大的抗扰度。
教程中有大量关于简单ADC策略的内容，因此您的学生应该不难找到关于双斜率ADC操作的充分解释。
的Delta-Sigma或者法模数转换器原理工作过采样，低分辨率ADC在反馈回路中重复采样输入信号。在许多情况下，使用的ADC只不过是一个比较器(1位ADC!)，这个ADC的输出从输入信号中减去，并随着时间的推移进行集成，试图在积分器的输出达到接近0伏的平衡。结果是pulse-density调制（PDM）1位数字数据的“比特流”，可以过滤和摧毁(转换为多个位的二进制字):
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解释此PDM比特流适用于以下输入电压条件：
为了回答这个问题，学生必须对加法积分器的工作原理有一个很好的把握。与他们讨论反馈回路的“目标”是如何保持积分器输出在参考电压(V裁判)，以及1位ADC如何只能通过每一个时钟脉冲向上或向下驱动相同的模拟量来调整积分器的输出。
一个1位过采样的Delta-Sigma调制器电路的脉冲密度调制(PDM)可以通过简单地计算固定长度位流中“1”状态的个数而被“抽取”为一个多位二进制数。
占用以下比特流。示例每个流的前七位，并根据每个七位样本中的“高”位的数量转换等效二进制数字：
然后，取相同的5个PDM位流，并在15位的采样间隔内“抽取”它们。
采样间隔= 7位
采样间隔= 15位
接下来的问题，你觉得两者之间有什么关系采样速度和决议在这个“抽取”过程中，这与德尔塔-西格玛ADC的性能有什么关系?
努力很少，您的学生应该能够看到PDM比特流中的数量两倍的采样增加了一个分辨率到最终二进制输出。这是如此多的电路的性质：一种性能参数的优化以牺牲另一个性能为代价。
学生可能会问，如何从同一个位流中产生两个(或更多)不同的抽取结果，特别是在7位分组的答案中。答案有两部分:首先，我展示的比特流并不都是完全重复的。有些脉冲在中段略有变化，导致不同部位的脉冲密度不同。这个答案的第二部分是，分组抽取的本质将不可避免地导致不同的结果(即使是在模式完全重复的情况下)，这是转换器解决模拟量谎言的“方式”之间的两个离散的输出状态。换句话说，就是一对抽取值“4”和“5”(1002和101年2来自一个完全重复的位流的模拟值位于离散整数值“4”和“5”之间的某个地方。只有通过采样等于PDM重复周期(或该重复周期的整数倍)的位组，数字输出才能精确且持续地等于模拟输入。
假设一个模数转换器IC(“芯片”)输入一个从0到5伏直流电压，并将电压的大小转换为一个8位二进制数。在输出中有多少个离散的“步骤”，当转换电路解析输入电压从其范围的一端(0伏)到另一端(5伏)?这些步骤代表多少电压?
这个ADC(模数转换器)电路在其输出范围有256个步长，每个步长代表19.61 mV。
这个问题不是关于ADC电路，而是关于一般的数字分辨率。任何具有有限并行位的数字系统都有有限的范围。当用有限的位数以数字形式表示模拟变量时，数字输出中的每个“步”都有一个特定的最小电压增量。在这里，学生可以看到二进制数字的离散性如何转化为现实生活中的测量“舍入”。
模数转换的特性之一是一种被称为混叠．当ADC试图对频率过高的波形进行数字化时，就会发生这种情况。
解释什么是混叠，它是如何发生的，以及如何防止它发生在ADC电路中。
俗话说，一图胜千言:
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这个问题（以及给出的答案）的重点是让学生把这个重要的概念放入自己的话语中。
对于学生和教师来说，值得注意的是，使用数字示波器可以在视觉上体验混叠。设置时基(秒/分)控制太慢可能导致示波器显示一个假波形(别名)。这不仅是一个很好的课堂演示，而且如果一个人希望定期使用数字示波器，这也是一个很好的教训!
模数转换器电路(ADC)通常配备模拟电路低通滤波器在数字化之前预先调整信号。这可以防止频率大于ADC所看到的采样率的频率的信号，从而引起损害混叠．这些模拟预滤波器因此被称为抗锯齿过滤器．
确定以下哪种Sallen-Key有源滤波器是用作抗混叠滤波器的正确类型:
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假设特定ADC的输入电压范围为5伏至-5伏，因此适用于数字化交流输入信号。技术人员希望使用此ADC向数字化交流线电压（120伏特RMS），并构建以下调节电路以安全地将ADC连接到AC线路：
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不幸的是，这个ADC在测试时不能完全采样交流波形。它在波形的峰值处“溢出”和“下溢出”，好像输入波形太大了(在5/ 5伏ADC芯片范围之外)。技术员重新检查了他的计算，但仍然认为电压互感器和电阻网络提供的电压分配比应该足以完成这项任务。
这个电路出了什么问题?为什么它在波形峰值处“过量程”，而不是在120伏特波形的量程中取样?然后，一旦发现问题，建议解决问题的方案。
技术员没有考虑到峰交流线的电压！
挑战问题:技术员在这个电路中做对了一件事，就是用一个变压器作为信号调理网络的前端。解释一下为什么这是个好主意。换句话说，为什么简单地使用电阻分压器可能会更糟全部衰减，而不是使用降压变压器来做部分和电阻分压器来做剩下的时间？
给出的答案是有目的的最小值，但应该包含足够的信息，使任何熟悉均方根值和正弦峰值值的人都应该意识到问题是什么。解决这个问题的实际解决方案不止一种，所以一定要留出时间讨论各种选项。
这条形图的司机电路采用音频输入信号，并将幅度显示为灯的移动“栏”。信号的幅度越强，LED越多，条形图显示屏中的激励。预测由于以下故障的结果，如何影响该电路的操作。独立考虑每一个故障(即一次一个，不存在多个故障):
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后续问题：每个比较器源或者水槽电流到各自的LED?
挑战问题：如果电阻器r1通过R7都是相等的值，条形图的响应将是线性的(两倍的信号振幅导致两倍的led通电)。这个电路中需要改变什么才能得到柱状图a对数响应，所以它与分贝标度成正比而不是与电压标度成正比?
这样的问题迫使学生思考每种可能性的后果，从而帮助他们磨练排除故障的技能。这是故障排除中必不可少的一步，它需要对电路功能的牢固理解。
从垂直(鸟瞰)的角度看一艘船在抵抗河流的水流:
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假设这艘船的驾驶员没有锚，而且唯一的推进形式是一个带开关的电动“拖缆”马达(没有变速控制)。通过正确的开关动作组合(开、关、开、关)，船应该能够保持相对于河岸的位置，对抗水流。
现在，如果我们知道船确实在河中保持着位置，仅仅通过驱动马达的动力，开/关开关的驱动模式应该能告诉我们一些关于河的速度的信息。做几个“思维实验”，想象一下在快电流和慢电流中，驾驶员如何使用马达的开关来保持位置。你看到开关动作和电流速度之间的关系是什么?
注意:一旦你理解了这个问题，你就会更好的准备掌握一个操作Delta-Sigma模拟-数字转换器!
的工作周期开关的动作与河流的速度成正比。
这个问题的目的是提出一个类比，学生可以用它来掌握Delta-Sigma ADC的操作:位流(PDM)可以代表模拟值的思想。
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