运算放大器地全参数选择

1、运算放大器的参数指标1. 开环电压增益Avd开环电压增益（差模增益）为运算放大器处于开环状态下，对小于200Hz的交流输入信号的放大倍数，即输出电压与输入差模电压之比。它一般为10410 6，因此它在电路分析时可以认为无穷大。2. 闭环增益Af闭环增益是运算放大器闭环应用时的电压放大倍数,其大小与放大电路的形式有关，与放大器本身的参数几乎无关，只取决于输入电组和反馈电阻值的大小。反相比例放大器，其增益为IF 匸RFAfrT3.共模增益Avc和共模抑制比当两个输入端同时加上频率小于200Hz的电压信号Vic时，在理想情况下，其输出电压应为零。但由于实际上内部电路失配而输出电压不为零。此时输出电压

2、和输入电压之比成为共模增益Avc。共模抑制比I, _运算放大器的差模增益AvdKcmr=共模增益Avc通常以对数关系表示:Kcmr=20log运算放大器的差模增益Avd共模增益Avc共模抑制比一般在 80120Db 范围内，它是衡量放大器对共模信号抑制能力高低的重要指标。这不仅是因为许多应用电路中要求抑制输入信号中夹带的共模干扰，而且因为信号从同相端输入时，其两个输入端将出现较大的共模信号而产生较大的运算误差。4. 输入失调电压在常温（25 C）下当输入电压为零时，其输出电压不为零。此时将其折算到输入端的电压称为输入失调电压。它一般为±（0.215）mV。这就是说，要使放大器输出电压

3、为零，就必须在输入端加上能抵消Vio的差值输入电压。5. 输入偏置电流在常温（25 C）下输入信号为零（两个输入端均接地）时，两个输入端的基极偏置电流的平均值称为输入偏置电流，即1llB=（ I IB - + llB+ ）2它一般在10n A1uA的范围内，随温度的升高而下降，是反映放大器动态输入电阻大小的重要参数。6. 输入失调电流lio输入失调电流可表示为llO=| llB l lB+ I在双极晶体管输入级运算放大器中，Iio约为（0.20.1 ） Iib -或（0.20.1 ） Iib+。当llo流过信号源内阻时，产生输入失调电压。而且它也是温度的函数。7. 差模输入电阻Rid在一般应用

4、电路中，输入阻抗是指差模输入电阻Rid。它一般为100K Q1M Q,高输入阻抗运算放大器的差模输入电阻可达10 13 Qo8. 温度漂移输入失调电压、输入失调电流和输入偏置电流等参数均随温度、时间和电源等外界条件的变化而变化。其中输入偏置电流的变化是造成放大器温度漂移的主要原因。对于双极晶体管输入级运算放大器，输入偏置电流随温度上升而变小，数量级为nA级。9. 输出峰一峰电压输出峰一峰电压是在电源电压和负载为额定值时，运算放大器的最大峰一峰电压。例如UA741在±15V电源电压下工作时，其输出峰一峰电压约为土14V。它实际上随电源电压、负载电流和工作频率的变化而变化。10. 最大输

5、出电流IOM运算放大器在保持输出峰峰电压的情况下所能提供的最大输出电流用IOM表示，一般约为 1020mA。11. 开环输出电阻 Ros运算放大器在开环状态下，其输出电压变化量和输出电流变化量之比称为输出电阻。它的大小反映运算放大器的负载能力，一般在几百欧姆的数量级。运算放大器的基本单元1.加法器-Vo =更 VI1 匹 VI2RI1 RI22.减法器Vo =(RI1 RFRl1 )(寻)VI2RFRI1VI1Vo可简化为如果选取电阻值满足 RF/RI1 = RP/RI2的关系，则输出电压Vo =RFRI1(VI 2 VI1)3. 微分器Vl71巔出电士4. 积分器箝入电压5. 线性整流电路输

6、入电压VtVt褊出电娃如果将电路中的两个二极管同时反接，则变成为正极性输入电压线性整流电路。如果不接入二极管D1，则输入信号为正时，D2截止，放大器变成开环，不能保持虚地，就不能成为整流电路。6. 绝对值电路全波莖说屯路迸对值电蜀）-Vft -rVt输出电在线性半波整流电路的基础上,加上一级加法器,就组成了绝对值电路。其中前级组成负极性输入电压半波整流，在RI=RF的条件下，输入电压与V1的关系为:V1=0（当 VI >0 时）,V1= | VI |（当 VI <0 时）V1与VI由反相加法器求和。当VI > 0时，W=0 ;在RI2=RF1的条件下，Vo= VI。当VI &

7、lt; 0时，V仁| VI |，由于RF1=2RI1，后级组成闭环增益为 2的反相比例放大器，所以 Vo= (2V1+VI)=| VI |。这样，无论输入信号的极性如何，输出信号总为负，而且在数值上等于输入信号的绝对值。7. 比较器r零电军比嚴器开环运算放大器就是最基本的比较器。由于开环增益Avd很大，只要 VI+>VI-，输出电压就为正输出极限 Vg ;反之则为负输出极限 Vd。同时放大器不加补偿网络，有利于提高比较速度。任酋电平比较器任意电平比较器：它将输入信号与某一非零给定电压进行比较。放大器接成加法器， 给定电压和输入信号分别从经两个输入电阻输入。忽略由输入失调电压和失调电流所产

8、生的误差，在IF为正时，输出为负极限幅值；在 IF为负时，输出为正极限幅值。IF为零 时的输入电压就是比较器的给定电压。当改变输入电压比 RI2/RI1时，对于已知给定电压，便可以改变被检测的输入电压值。8. 复合PI调节器UL1-电梯：对于电动状态下，电机由零速向满速的加速过程中，刚开始调节器的比例增益应该随转速增高而减小，在临界转差处达到最小值，然后随转速的增高而增大，在满速时保持最大值。对于制动状态下，电机由满速向零速的减速过程中，调节器比例增益应该随转速的下降而减小。这就要求调节器必须满足下述要求：对系统动态品质起决定性作用的中频段以-20dB/十倍频程过零，且须有一定宽度，以保证系统

9、的稳定性；截止频 率应尽可能大一些，以提高系统的快速性；低频端的增益要高，以保证静态精度；高频端要衰减的快些，以提高系统抗干扰的能力。复合PI调节器实际上由三个基本调节器组成：固定比例增益的低频、高频端调节器和可调增益的中频段调节器。它的参数选择以其闭环幅频特性谐振峰值（振荡指示）最小为准则，基本满足了电梯电、制动调节器的要求。按图示参数，高、中、低频端的比例增益分别为3.3、101000、51 ;高、中、低频段的积分时间常数分别为3.3ms、470ms、2.4s。由此可见，在加、减速过程中，主要是中、低频段调节器起作用、调节中频段的比例增益和积分时间常数，以适应不同系统的要求，同时减少发生机

10、械谐振的可能性。在满速运行过程，中、低频段调节器接近开环状态，主要是高频段起调节作用，以降低 系统的干扰影响。显然，复合PI调节器属于定PI参数调节，仍然不能完全适应调速系统的动态特性要求，只有在数字控制方式中才有可能实现变PI参数调节。9. 直流反相放大器一般增益系数不宜太大，|Kc|<100200 ，当需要增益很高时，可采用多级串联方式反馈电阻：3K<Rf<200K输入电阻：Rr=Rf/Kc倘若考虑与前级匹配选取较大的Rr，且需要的增益|Kc|亦较大，造成反馈电阻Rf超过2000K选用改进型反相放大器10. 改进型反相放大器Rf=Rf12+Rf1/(RrRf2)Kc=-R

11、f12/Rr+Rf1/(RrRf2)只要2Rf1满足上述范围(3200K)，并适当选取Rf2，仍可使等效反馈电阻Rf较大。11. 直流同相放大器ULTfJTRr=hFifiiTlTUo用作阻抗匹配的运算放大器参数选择计算在伺服系统中，为了适应不同信号源，要求运算放大器有很高的输入阻抗，采用同相放 大器来实现阻抗匹配。参见：现代直流伺服控制技术及其系统设计秦继荣 沈安俊 编著机械工业出版社12. Pl（比例一积分）调节器uifsT RR2Q电容C不宜过大，也不宜太小，一般取1uF左右。R2与C的位置不能颠倒，即 C必须接在输出端，R2接在反相端。R2与C的位置若颠倒了，则 C相当于并联在输入端，

12、形成较大的寄生惯性环节，其传 递函数将改变。13. Pl（比例一积分）调节器盯-F2 "R2R3G弑U<S) 'R2EXi<E2-R3)可见，调节 R3的阻值，可以改变时间常数T（T=CR2R3/ （ R2+R3 ）,而不影响比例系数。14. 反相型PD（比例一微分）调节器（常用作超前补偿）反柜逢K山剧總旳曲廿埶升片件总巾杯帥Ud（S） -（12*113） R2B3SJ v2仃十比即 _ R1R&-E3*15. 同相型PD（比例一微分）调节器（常用作超前补偿）期毎盘poett例f們网节詩（常用秤赴即爭席恥 R+iOR4 ui(印=iti(1十R3R4CSR

13、.XU+X416. 主回路晶闸管容量的选择主回路电动组采用三相全波星性连接调压电路,而制动组采用半控桥式整流电路。正确地选择晶闸管的额定电流 (通态平均电流) 和额定电压在保证装置可靠性运行的前提下， 可以降低成本。此外，还必须对晶闸管采取适当的保护，才能保证可靠运行。1) 电动组晶闸管容量的选择 由于调压电路在交流电动机这种电阻电感性负载下工作，负载上的电流有效值 不仅取决于控制角a,而且与负载阻抗角有关。同时控制角a不能小于负载阻抗角，否则系统工作在不可控制状态下。因为在全速度范围内进行调速，负载阻抗角 和功率因数也随之改变,即 cos 为最小值时电流有效值为最大。下面按YTTD225L-

14、4/16-18.5KW/3.9KW 交流调速电机参数计算选择晶闸管的额定电流。(对于三相电阻一电感负载， 分析过程更加复杂。因为在控制角a大于阻抗角时，电流波形是断续的，并随阻抗角的变化而变化。只有控制角a等于阻抗角时，导电角等于 180 °,电流波形是连续的,但负载上所得的电压是不可调的最大值。由 于晶闸管不是理想元件, 它并不是在零电流时关断, 而是在一个很小的反电流下才 关断,所以每隔 60 °晶闸管关断瞬间,储存在负载电路电感中的能量,将消耗在由 电感和用来限制晶闸管电压变化率的阻容吸收回路中。 因此引起电压波形有缺口与 电流波形有振荡现象。这种现象必然产生谐波电流

15、。 ) 根据式( 4-6 ),流过晶闸管的负载电流有效值为：IKZ =2I 0IK*Z式中, I0=U 1/Z 。 U 1=220V ,关键是求出全速度范围内 Z 的变化范围,从而求出 最大负载电流有效值。根据式( 4-5 )计算机求解过程的分析,电机转速在 01380r/min 之间变化时,可求出转差率S变化范围为10.06，负载阻抗角 变化范围为49.18 °6.46 °，功率因数cos变化范围为0.640.99，电机每相阻抗值 Z变化范围为1.4010.35。因此Io变化范围为15721A。对应全导通时，lKz为0.5，由此可见，无论在启动瞬间、加速、满速、减速运行过

16、程，流过晶闸管最大负载电流的有效值为157A。此时对应全导通状态，负载电流为连续正弦波，流过每个晶闸管的电流为正弦半波，其电流有效值为负载电流有效值的0.707。因此流过晶闸管最大电流有效值为Imax = 157 X0.707 = 111(A)对于正弦半波的电流波形，电流有效值和平均值的比值为1.57 ,那么晶闸管的通态平均电流最大值为ItmaxImax1.571111.57由于晶闸管过载能力较差，选择容量时应留有一定的安全裕量，因此选择通态平均电流为100A的晶闸管是合理的，其过载能力达1.4倍。晶闸管额定电压 Utn应根据它实际承受的最大峰值电压Um乘上(23 )倍的安全裕量来确定。Utn = ( 23 ) Um = (23 )2 X220 = 622933(V)因此选用晶闸管额定电压为1200V，过载安全系数为 3.86。2) 制动组晶闸管容量的选择制动组采用单相半控桥式整流电路，制动绕组参数如下：每相定子电阻1=1.44 ;每相转子等效电阻r' 1=1.297;每相短路电抗xk=4.738。它与电动绕组分析相似，差转率S变化范围为10.06，电