运算放大器电路的输出电阻.doc

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1、运算放大器电路的输出电阻运算放大器是一个放大直流微弱电压的电子线路而且是唯一能稳定地进行直流放大的电路。本章为了能让读者具体地领会运算放大器的基本用法用一些与传感器相结合并具有代表性的电路进行说明。另外还从如何利用运算放大器输出的角度举例说明了继电器驱动方法。对于交流放大通过一个电路例子对频率特性的影响因子SR进行了说明。3.1反相放大电路高温测量3.1.1将温度变化转换成电信号如图3.1所示将异种金属线相接让连接产生温度差就会有电压产生。这种现象叫塞贝克效应。例如使用铜线和铁线就可以产生电压。使用塞贝克效应的温度传感器称为热电偶。热电偶由于能

2、测量高达1500○C的高温被广泛地用于工业传感器。铜和康铜镍铜合金热电偶的特性如图3.1所示100○C的温度差可产生4mV左右的电压。所以这种微小电压如果通过运算放大器放大后所得到的信号就可以更方便地使用。3.1.2放大倍数为100倍的反相放大器图3.2是在第1章1.61.8节说明过的反相放大器。将负反馈电阻的值代入下式可求得放大倍数。放大倍数ARf/Ra100/1100倍如图3.2所示的热电偶温度传感器每1○C的温度差产生0.04mV左右的电压。所以由温度变化带来的这样微小的电压变化用一般的电压表是测量不出来的。现在市场上销售的测试器中电压标

3、度为50mV的很多。如果放大倍数为100200倍的话用这样的测试器测量就足够了。运算放大器的放大倍数由负反馈电阻之间的比值关系决定。假设Ra1kΩRf1000kΩ则放大倍数为1000倍。但是放大倍数设得过高会使电路工作不稳定所以为了安全起见初学者最好将它设在200倍左右。另外要想得到准确的放大倍数Ra和Rf必须使用精度高的电阻。3.1.3反相放大器的输入电阻反相放大器的放大倍数由负反馈电阻的Ra和Rf的比值决定。如果电阻Ra的值取得很小Rf的值取得很大则放大倍数当然就会很大。但是如果Rf太大电路会工作得很不稳定最好取1000kΩ以内。对于Ra也

4、有下面所说的限制。反相放大器的输入电阻也叫阻抗就是如图3.3a所示的负反馈电阻Ra的值。传感器一定含有内部电阻Rs。传感器的电压Vs经过电阻Rs和Ra分压后形成反相放大器输入电压Vin。图3.3b中的曲线描绘了输入电压Vin是怎样随着电阻Rs和Ra的比值的增大而变小的。由此可知当RsRa时传感器部分的无用分压变大所以要求电阻Ra要比传感器的内部电阻Rs大。由于热电偶的内部电阻Rs非常小反相放大器一般使用110kΩ的输入电阻即可。3.1.4温漂怕热运算放大器可以事先通过失调调整使得当输入电压Vin为零时输出电压也为零。但是如果工作时环境温度的变化

5、很大Vin即使为零也会有输出电压。这种现象叫温度漂移简称温漂。引起温漂的原因是运算放大器的内部平衡因温度变化而被破坏和外接的电阻值随温度变化而变化。即使一点点不平衡由于运算放大器自身的放大作用会使它放大进而影响输出电压信号。放大倍数越高这个影响就越大。所以为了使外部漂移被控制在很小的范围内接在运算放大器周围的电阻即运放的反相输入端和同相输入端对地直流电阻需要获得平衡。为此图3.2中加接了对付漂移的电阻Rd。电阻Rd的值按如下公式进行计算:RdRa×Rf/RaRfkΩ放大倍数很小时Rd可以省略。对于运算放大器的内部漂移提出好的对策很困难。所以在需

6、要做精密放大器时应该采用低漂移型的集成运算放大器。3.2同相放大电路光度测量3.2.1将亮度变化转换成电信号图3.5是用硅电池光电池作光传感器进行光度测量的运算放大器电路。与上一节的反相放大器的区别是运算放大器信号的输入由端子2改成端子3。它的工作原理就是在第1章第1.5节里已说明的同向工作原理。3.2.2放大倍数为10倍的同相放大器图3.6表示了一个装有杠杆的油压装置的同向工作原理。如果让阀门的油缸移动χ5cm则高压油会源源不断地流入操纵油缸输出活塞开始朝着跟把柄A相同的方向移动。这一移动会连动杠杆使阀门的活塞同样移动zχ5cm当油的流动停止

7、时输出活塞也会停止。由于各活塞的移动分别与杠杆的长度成正比由图不难得知z:y5:25求解此式得y25cm。同相放大器的工作原理与油压装置的工作原理相同。例如在图3.7中如果在端子3加0.6V则输出电压会不断增加直到端子2达到0.6V为止。端子2的VB是输出电压VC经过负反馈电阻Ra和Rf分压后得到的电压。由分压电阻的比例关系可得VC6V。所以将负反馈电阻的值代入下式可求得同相放大器的放大倍数。放大倍数ARaRf/Ra19/110倍3.2.3同相放大器的输入电阻和特征与反相放大器不同同相放大器的输入电阻与负反馈电阻Ra的值无关其值非常大可以大到1

8、00MΩ。所以即使传感器的内部电阻Rs非常大也不会出现像图3.3b所示的那种影响。输入电阻非常大这也是同相放大器的一个特征。为此像硅电池那样使用内部电