K 型热电偶的灵敏度只有0.04 mv/° c,比业主的要求低100倍。电路和调试都很复杂吗?建议使用运算放大器来实现这一点。?附图为使用运算放大器的温度测量图,运算放大器保证放大率为100倍,此模型不受限制。此图的缺点是万能表的读数不能直接反映温度,需要转换。也就是说,它需要用0度的输出来计算实际的温度值,如果需要校准,它需要用两个运算放大器形成互补的输出,调整另一个运算放大器的输出电压来校准。电路当然有点复杂。.1?.F007c 集成运算放大器8引脚,v 正功率,v-负功率,in 正输入,in-reverse 输入,oa 归零,oa 归零,输出,nc 接地。在我的电路图中,我只是画进 ,进-,出,其他的只有零不能连接(因为你不需要校准) ,其余的不能。.图2。.三极管不起作用,即使 hfe 大于100。因为三极管本身的 hfe 不稳定性,会随着温度的变化而变化,任何电路的稳定性都取决于负反馈的深度来实现,所以只能依靠放大倍率很高的运放加反馈电路。电路要求严格,运算放大器闭环放大倍数为100太大,许多电路采用10倍放大。
运算放大器的工作原理如下
1 运算放大器(OPAMP)
集成运算放大器有同向输入端和反向输入端,具体如下图所示;
输出电压?满足关系 ?,集成运放最终放大的是差模信号,在没有引入反馈的情况下,电压的放大倍数为差模开环放大倍数,这里记作,因此当运放工作在线性区域的时候,满足
集成运放的电压传输特性如下图所示;
工作在线性区的时候,则曲线的斜率为电压的放大倍数;
工作在非线性区的时候,即处于饱和状态的情况下,输出电压为
2 虚短和虚断
虚短前面提到,集成运算放大器的开环放大倍数很大,一般通用型的运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上,但是运放的输出电压是有限制的,一般Uom在10V~14V,然而运放的差模输入电压不足1 mV,因此可以输入两端可以近似等电位,就相当于?短路。?开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等,这种特性称之为虚短。
虚断集成运算放大器具有输入高阻抗的特性,一般同向输入端和反向输入端的输入电阻都在1MΩ以上,所以输入端流入运放的电流往往小于1uA,远小于输入端外电路的电流。所以这里通常可把运放的两输入端视为开路,并且运放的输入电阻越大,同向和反向输入两端越接近开路。在运放处于线性状态时,根据这个特性可以把两输入端视为等效开路,简称虚断。
3 反向放大器
3.1 典型电路
3.2 放大倍数
根据虚短和虚断,可以求出运算放大器的放大倍数:
假设流过电阻Rf的电流为If;流过电阻Rin的电流为Iin;
假设运算放大器同向输入端电压为V+,反向输入端电压为V-;
根据虚短,可以得到:
根据虚断,可知电阻和为串联关系:则满足:
最终求代数式可以得到:
3.3 仿真结果
Vin 为 频率50Hz,幅值为?500mV的正弦波,具体设置如下图所示;*[HTML]:
增益Gain=-(Rf/Rin)=-3;
所以输入输出关系为:Vout=-3V
仿真结果如下图所示;
4 同向放大器
4.1 双电源
同向放大器同样可以使用虚短虚断去分析;具体电路如下图所示;
推导过程:
假设流过电阻Rf的电流为If;流过电阻Rin的电流为Iin;
假设运算放大器同向输入端电压为V+,反向输入端电压为V-;
根据虚短,可以得到:
根据虚断,可知电阻Rin和Rf为串联关系:则满足:
最终求解得到:
4.2 双电源同向放大器仿真结果
Vin为 频率50Hz,幅值为?500mV的正弦波,具体设置如下图所示;增益Gain=(Rf+Rin)/Rin=4;
所以输入输出关系为:Vout=4Vin
仿真结果如下图所示;
4.3 单电源
与上面双电源供电不同,如果运算放大器使用单电源,为了输出正常,如果使用单电源供电,非反向放的OP放大器必须与地线关联,如果 V- 是接地,那 V+ 输入端需要有 V+/2 的压降,这个可以通过电阻分压得到。单电源的电路如下图所示;
这里增加了两个20KΩ的分压,在V+端增加了2.5V的输入电压。
4.4 双电源同向放大器仿真结果
输入与上面的实验相同此处不再赘述;
增益Gain=(Rf+Rin)/Rin=2;
所以输入输出关系为:
5 总结
本文分析的运算放大器都是比较常用且简单的类型,当前只给出了如何计算输入和输出的关系,如果作为硬件设计人员,还需要关注更多的细节,更多运算放大器的指标,失调电压,温漂等等,笔者能力有限,无法进行分析,如果单纯作为读懂一般的运算放大电路还是够用的。