AD-Wandler (Analog-Digital-Wandler, auch ADW oder ADC)  Eine elektronische Schaltung, die den Wert einer analogen Spannung in eine digital verarbeitbare Zahl (ein Datenwort) umwandelt. Für eine Spannung, die konstant ist, reicht prinzipiell eine einzige Umwandlung. Eine Spannung, die sich fortlaufend verändert, muss in kurzen Zeitabständen abgetastet (gesampelt) werden. Je mehr Stufen es sind, desto präziser ist die Wandlung. Man spricht dabei von der “Auflösung” und gibt diese in Bit* an. Die durch die aneinandergereihten Bits maximal darstellbare Binärzahl entspricht der Anzahl der Stufen. Im nachfolgenden Beispiel beträgt diese Auflösung 3 Bit.

Mit 3 Bit sind maximal 8 Binärzahlen (dezimal 0 bis 7) darstellbar. Die zu messende Spannung wird hier durch die gestrichelte Linie dargestellt und in einem Bereich von 0 bis 7 Volt abgetastet. Somit erhält man einen neuen digital ermittelten Wert immer erst dann, wenn die Spannung sich genau um 1 Volt geändert hat. Die schwarzen Punkte vermitteln das. Horizontal links daneben befindet sich jeweils das dazugehörige Datenwort. Eine sehr grobe Abtastung, die in der Praxis kaum anzutreffen ist. Um genauere Zwischenwerte zu erhalten, benötigt man also eine höhere Auflösung. Ein AD-Wandler mit 8 Bit tastet die ihm zugeführte Spannung in 256 Stufen ab, bei 16 Bit sind es 65536 Stufen und bei 24 Bit bereits über 16 Millionen. Letzteres würde bei obigem Beispiel einen Sprung von Stufe zur Stufe von nur noch etwa 0.4 µV bedeuten. 

Es gibt verschiedene Verfahren zur AD-Wandlung. Darauf soll hier jedoch nicht eingegangen werden. Der Wandler kann eine diskrete Schaltung, ein separater Chip, ein Mikrocontroller mit externem Komparator sowie Teil eines Mikrocontrollers sein. Im vk1* wurden zwei AD-Wandler verbaut. Einer dient zur Messung des Tonarms*, der andere zur Ermittlung der Batteriespannung.

Mit einem DA-Wandler (Digital-Analog-Wandler) kann der Vorgang umgekehrt werden. Er verwandelt ein ihm zugeführtes Datenwort wieder in eine analoge Spannung. Wegen der zuvor beschriebenen Mechanismen geschieht dies jedoch nicht linear.  Ist die Auflösung gering (wie oben), wird eine ansteigende Spannung dort als grobe Treppe dargestellt. Mittels eines RC-Glieds  kann jedoch eine Glättung herbeigeführt werden, sodass das Ausgangssignal prinzipiell wieder so aussieht wie die ursprünglich gesampelte Spannung.

Durch das Zusammenschalten eines AD-Wandlers mit einem DA-Wandler erhält man einen Signalprozessor für analoge Spannungen. Nachteile einer rein analogen Verarbeitung, (z.B. Rauschen oder Temperaturgang), werden vermieden. Bei der Musikkonservierung auf CD macht man sich das beispielsweise zunutze. Während eine analoge Schallplatte es auf einen Abstand zwischen Nutzsignal und Nebengeräuschen von ca. 60 dB brachte, schafft die CD mit einer digitalen Auflösung von 16 Bit annähernd 100 dB. Die “Super- Audio-CD” kommt bei 24 Bit sogar bis auf ca. 120 dB. Da eine digitale Speicherung nur aus Einsen und Nullen besteht, erleichtert das die berührungslose Abtastung mittels Laserstrahl. Es brauchen bei seiner Reflexion jeweils nur zwei Zustände (0 oder 1) erkannt zu werden.   

Die digitale Verarbeitung erlaubt auf einfache Weise das Verstärken, das Komprimieren, das Beeinflussen des Frequenzganges sowie das Filtern von Signalanteilen, die man am Ausgang nicht haben will. Zum Beispiel das 50 Hz-Brummen oder das Knistern und Rauschen einer analogen Quelle.

Der Nachteil einer digitalen Signalverarbeitung ist gelegentlich die Zeit, die dafür benötigt wird. Je höher die Auflösung und je mehr an unerwünschten Bestandteilen herausgerechnet werden soll, desto länger dauert es. Auch brauchen AD-Wandler nach jeder Konvertierung eine kurze Pause. Ein gängiger Chip mit 24 Bit Auflösung und einer 50Hz-Unterdrückung benötigt in einer Low-Power-Version schon mal 150 Millisekunden pro Zyklus. Für Echtzeitanwendungen ist das eine halbe Ewigkeit. Ein E-Meter, das Sofortanzeigen* produzieren soll, wäre mit einer solchen Verzögerung unbrauchbar.

Dass bei der AD-Wandlung spürbar Zeit vergeht, sehen Sie, wenn Sie mit einem Digitalvoltmeter Messungen vornehmen. Nach dem Anlegen der Messkabel dauert es stets einen Augenblick, bis  das Ergebnis angezeigt wird.

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