红外线报警器制作.ppt

项目4,集成运算放大器,运算放大器电路的符号如图（a）所示，图（b）所示是经常用到的简单画法，它有两个输入端，“”端叫反相输入端，“”端叫同相输入端，输出端的电压与同相输入端同相，而与反相输入端反相。 运算放大器工作所需要的电源有VCC端、VEE端和接地端，一般情况下不画出。,（a）符号 （b）常用简单符号 运算放大器符号,运算放大电路内部组成框图,集成运算放大器LF353,集成运算放大器芯片内部常有一个、二个、四个运算放大器，如集成运算放大器LF353，其内部就包含了两个运算放大器，与外部的引脚如图所示。,理想运放的技术参数,(1)开环电压放大倍数Auo。是集成运放在开环(无反馈)状态下，输出电压uo与差模输入信号(ui+ui-)之比，即 Auo越高，构成的运放运算精度越高，工作也越稳定。实际运放的Auo都很高，如集成运放D508，开环增益高达140dB(107)，HA2900的开环增益高达160dB(108)。理想运放认为Auo。 (2)输入失调电压Uio。输入电压为零时，输出电压一般不为零，为使输出电压为零，要在输入端加一个补偿电压，此电压即为输入失调电压Uio，一般为几毫伏，此值越小越好，如集成运放F007的失调电压为210mV。理想运放的失调电压为零。 (3)输入失调电流Iio。当输入信号为零时，两个输入端静态输入电流之差IioIB+ IB-为运放的输入失调电流，一般为1100nA。高质量的运放Iio小于1nA，理想运放输入失调电流为零。 (4)输入偏置电流IiB。若输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值IiB(IB1IB2)，输入偏置电流IiB一般在1A以下。IiB越小，Iio也越小，因而零漂也就越小。如F007的IiB为200nA。理想运放的IiB为零。 (5)最大共模输入电压UiCM。运放对共模信号有抑制能力，但共模信号必须是在规定的范围内，如超出了这个范围，运放的抑制能力会显著下降。UiCM表示了集成运放所承受的共模干扰信号的能力。UiCM越大越好，高质量的运放UiCM可达十几伏。 (6)最大输出电压Uoppm。在电源电压为额定值时，使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压，称为运放的最大输出电压。如F007的电源电压为15V时，Uoppm约为13V。 (7) 共模抑制比KCMRR。运放对差模信号的放大倍数与它对共模信号放大倍数之比称为运放的共模抑制比。这个参数越大则运放的质量越好，一般为65160dB之间，如F007的KCMRR为8086dB。理想运放的KCMRR为。另外理想运放的输入电阻Ri，输出电阻Ro0，开环带宽fBW，而且不存在零点漂移。,理想运放的“虚断”和“虚短”,(1) 虚短 理想运放的两输入端之间的电压为零，即UU，相当于两输入端之间短路，即“虚短”。 这是因为运放工作在线性区，输出电压为有限值，而理想运放的Auo，则输入端之间的电压(uiui)应为零。 (2) 虚断 理想运放的两输入端不吸取电流，即II0。相当于两输入端之间是开路的，即“虚断”。 这是因为uiui，即差模输入电压uiduiui0，而差模输入电阻Rid的缘故。 利用“虚短”和“虚断”的概念，将使各种运放电路的分析十分简便。,反相比例运算放大电路及倒相器,由图知： ui0 而uiui0 又II0 则有i1if 即：,例4.1 电路如图所示，设R110k，Rf50 k，求Auf、R2。若ui0.5V时，uo ? 解：反相比例运算电路放大倍数 Auf uo/uiRf/R1 50/105 平衡电阻为： R2R1Rf10508.3k uo uiAuf 0.5(5)2.5V,同相比例运算放大电路及电压跟随器,电路的输入信号通过R2加到运放的同相输入端，反相输入端则通过电阻R1接地。R2是平衡电阻，应满足R2R1Rf。由“虚断” II0及“虚短”UU可求得：,uo(1Rf/R1) ui,电压跟随器,加法运算电路,电路中的电阻应满足R1Rf R2R3R4的关系，由“虚断”和“虚短”的概念并应用叠加原理推导出：,减法运算电路,其中，,例4.3 电路如图所示，R1R2R310K，Rf151K，Rf2100K，ui10.1V， ui20.3V，求uo1 和uo。,解：本题用反相比例运算放大电路和反相加法运算电路构成减法器，第一级为反相比例运算放大电路，因此得： uo1Rf1ui1/ R1(510.1/10)0.51V 第二级为反相加法运算电路，得： uoRf2/R2ui2Rf2/R3uo1100/100.3100/10(0.51)2.1V,积分运算电路,微分运算电路,过零电压比较器,ui为输入电压，它与同相输入端的参考电压UREF0相比较 当反相输入电压ui0时，uoUoL 当反相输入电压ui0时，uoUoH 被比较的电压称为电压比较器的阈值电压或门限电压,过零电压比较器电路,电路的输入输出波形,单门限电压比较器,单门电压限比较器电路,电路的输入输出波形,反相迟滞比较器,将输出电压通过反馈电阻Rf引向同相输入端，形成正反馈，将参考电压UREF通过R2接于同相输入端，输入信号通过R1接于反相输入端 双向稳压二极管VDZ为输出限幅保护，既限制了输出电压幅度，又加快了工作速度,反相迟滞比较器,波形图,反相迟滞比较器的特点是被比较电路的电压有两个，当uoUDZ时，被比较电压用UTH表示，根据叠加原理，可求得 当uoUDZ时，被比较电压用UTL表示， 其中UTHUTLUT称为回差。回差越大，抗干扰能力就越强，但回差越大，将使灵敏度越低。,负反馈放大电路,在放大电路中，输入信号由输入端加入，经放大后从输出端输出，这是信号正向传输通道。如果通过一个网络将输出信号(电压或电流)的一部分或全部反方向送回到放大电路的输入回路，并与输入信号相合成，这个过程称为反馈。 反馈放大电路由无反馈的基本放大电路和反馈网络组成,反馈网络可以是电阻、电容、电感、变压器、二极管等单个元件及其组合，也可以是较为复杂的电路。放大电路可以是分立元件组成的放大电路，也可以是运放。带有反馈的放大电路称为闭环放大电路，而无反馈的放大电路称为开环放大电路。,正反馈和负反馈,当反馈信号Xf起消弱Xi的作用，使净输入信号Xd减小，使放大电路放大倍数降低，则所引入的反馈为负反馈；相反，Xf起增强输入信号Xi的作用，使净输入信号Xd变大，放大倍数升高，所引入的反馈称为正反馈。 放大电路中常引入负反馈以稳定放大电路的静态工作点，改善放大电路的动态性能，而不引入正反馈，因为正反馈很容易引起自激振荡，造成放大电路工作不稳定。,直流反馈和交流反馈,RE1、RE2既在输入回路中又在输出回路中，构成了反馈电路。电阻RE1和RE2均出现在直流通路中，因而引入了直流反馈，RE2也出现在交流通路中，对交流信号有反馈作用，因而RE2既引入直流反馈，也引入了交流反馈，RE1被旁路电容CE短路了，它没有引入交流反馈。,分压式射极偏置放大电路,串联反馈和并联反馈,如果反馈信号与输入信号相串联就是串联反馈，在串联反馈中，反馈信号是以电压的形式出现在输入回路中的，如图所示。,串联反馈框图,如果反馈信号与输入信号相并联就是并联反馈。在并联反馈中，反馈信号是以电流形式出现在输入回路中的，如左图所示,图中Rf引入了并联反馈。,并联反馈框图,电流反馈和电压反馈,如果反馈信号取自输出电流并与之成正比，就是电流反馈，如左图所示。,电流反馈框图,分压式射极偏置放大电路,交流通路,uf取自输出电流并与之成正比，因而是电流反馈。,如果反馈信号取自输出电压并与之成正比就是电压反馈，如图所示。,电压反馈框图,电压反馈放大电路,负反馈四种基本组态,电压串联负反馈,由电阻R1、R2组成的分压器就是反馈网络,判别反馈极性采用瞬时极性法,即假设在同相输入端接入一电压信号ui，设其瞬时极性为正(对地)，因为输出端与同相输入端极性一致也为正，uo经R1、R2分压后N点电位仍为正，而在输入回路中有uiuduf，则uduiuf，由于uf的存在使ud减小了，因而所引入的反馈为负反馈；由于反馈信号在输入回路中与输入信号串联，故为串联反馈；从输出端看，R1、R2组成分压器，将输出电压的一部分取出作为反馈信号,所以为电压反馈,电压并联负反馈,输入端看，反馈信号If与输入信号id相并联，所以为并联反馈；从输出端看，反馈电路(由Rf构成)与基本放大电路和负载RL相并联，若将输出端短路，反馈信号就消失了，这说明反馈信号与输出电压成正比，因而为电压反馈。设某一瞬间输入ui为正，则uo为负，If和id的方向如图中所标，可见净输入电流idiiIf，由于If的存在，id变小了，故为负反馈。,电流串联负反馈,反馈信号uf与输入信号ui和净输入信号ud串联在输入回路中，故为串联反馈；从输出端看，反馈电阻Rf和负载电阻RL相串联，若输出端被短路即uo0，而uf ioRf仍存在，故为电流反馈；设ui瞬时极性对地为正，输出电压uo对地也为正，io流向如图所标，uf极性已标出，在输入回路中有uiuduf，则uduiuf，uf的存在使ud减小了，则为负反馈。,电流并联负反馈,反馈信号与净输入信号相并联，故为并联反馈；若将RL短路，则uo0，而反馈信号If仍存在，故为电流反馈；设ui瞬时极性为正，输出电压u0为负，则If及ii方向如图中所标，idiiIf，故为负反馈。,红外线报警器制作,如图所示，电路由传感器电路、放大电路、比较器、基准电压和指示电路组成。 传感器电路由SD02型热释电人体红外传感器、R1及C3组成 放大电路由运放A1、A2及外围元件组成 比较器电路由运放A3、A4及外围元件组成 指示电路由发光二极管等组成 基准电压由电阻R10、R11及R12组成。,当人体进入传感器监测范围时，传感器产生一个交流信号（约1mV），频率与人体移动速度有关（正常行走速度，频率约为6Hz），传感器信号送到运算放大器A1同相输入端，放大倍数为 输出信号经过电容C6耦合到运算放大器A2的反相输入端，其放大倍数为 因此两级运算放大电路的总电压放大倍数为 AufAuf1Auf2。A3和A4构成双限电压比较器， A3参考电位为 VCC， A4参考电位为 VCC。,在传感器无输出信号时，运放A1静态输出电压在0.41V之间，A2直流输出电压为2.1V左右，由于UB2.7V，A3输出高电平，二极管VD4点亮、VD3不亮； 当人体退出监测范围，输出电压Uo21.5V，二极管VD3点亮、VD4不亮。当人体在监测范围内走动时，二极管VD3、VD4交替点亮。,制作步骤,1.注意教材错误内容： （1）P63图4.1中，运放A3的输入端为上“-”下“+”； （2）P80第三行内容“A4输出高电平”，应改为“A4输出低电平”,2.准备仪器仪表等工具,3.领料,4.元件数量核对、参数规格检测； 譬如：集成运算放大器LF353内部两个运算放大器与外部的引脚图 5.元件在万能电路板进行布局；,6.焊接,注意：热释电红外传感器先不要焊入到线路板中,7.通电检测（此时热释电红外传感器没有焊入到线路板中）,（1）先作通电前的检查，有无导线、引脚短路、断路等现象 （2）先不插入集成芯片LF353，接通电源，用万用表测量电源电压、LF358电源引脚电压是否正常？ （3）测量UA、UB处电压是否与计算值一致？ （4）无误后，关掉电源，插入集成芯片LF353，注意脚号,8.模拟输入检测（此时热释电红外传感器没有焊入到线路板中）,8.模拟输入检测（此时热释电红外传感器没有焊入到线路板中）,在此处模拟输入0.4V或1.0V直流电压,测量该处电压=_，是否与计算值相符？,uo1,uo3,uo4,uo2,ui,9. 观察输出（此时热释电红外传感器没有焊入到线路板中）,在此处模拟输入0.4V或1.0V直流电压,不同的输