用運算放大器設(shè)計萬用表(論文)(編輯修改稿)
2024-09-01 09:40 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 零。 圖3－2 運算放大器可接的兩種電源xian 現(xiàn)在我們來簡單地看看由于上面的兩個特性可以得到一些什么樣的結(jié)論。 首先，運算放大器的放大倍數(shù)為無窮大，所以只要它的輸入端的輸入電壓不為零，輸出端就會有與正的或負的電源一樣高的輸出電壓本來應(yīng)該是無窮高的輸出電壓，但受到電源電壓的限制。準確地說，如果同相輸入端輸入的電壓比反相輸入端輸入的電壓高，哪怕只高極小的一點，運算放大器的輸出端就會輸出一個與正電源電壓相同的電壓；反之，如果反相輸入端輸入的電壓比同相輸人端輸入的電壓高，運算放大器的輸出端就會輸出一個與負電源電壓相同的電壓(如果運算放大器用的是單電源，則輸出電壓為零)。其次，由于放大倍數(shù)為無窮大，所以不能將運算放大器直接用來做放大器用，必須要將輸出的信號反饋到反相輸入端(稱為負反饋)來降低它的放大倍數(shù)。如圖33中左圖所示，的作用就是將輸出的信號返回到運算放大器的反相輸入端，由于反相輸入端與輸出的電壓是相反的，所以會減小電路的放大倍數(shù)，是一個負反饋電路，電阻也叫做負反饋電阻。 圖3－3 運算放大器的反饋電阻接法（左：反相接法；右：同相接法） 還有，由于運算放大器的輸入電阻為無窮大，所以運算放大器的輸入端是沒有電流輸入的——它只接受電壓。同樣，如果我們想象在運算放大器的同相輸入端與反相輸入端之間是一只無窮大的電阻，那么加在這個電阻兩端的電壓是不能形成電流的，沒有電流，根據(jù)歐姆定律，電阻兩端就不會有電壓，所以我們又可以認為在運算放大器的兩個輸人端電壓是相同的(電壓在這種情況就有點像用導線將兩個輸入端短路，所以我們又將這種現(xiàn)象叫做“虛短”)。由于集成運放的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，當運算放大器組成的線性電路輸入信號為零時，輸出往往不等于零。為了提高電路的運算精度,要求對失調(diào)電壓和失調(diào)電流造成的誤差進行補償，這就是運算放大器的調(diào)零。“調(diào)零”技術(shù)是使用運放時必須掌握的。特別是在作直流放大器用時，由于輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流的影響，當運放的輸入為零時，輸出不為零，將影響運算放大器的精度，嚴重時使運算放大器不能正常工作。調(diào)零的原理是，在運放的輸入端外加一個補償電壓，以抵消運放本身的失調(diào)電壓，達到調(diào)零的目的。有些運放已經(jīng)引出調(diào)零端，只需要按照器件的規(guī)定，接入調(diào)零電路進行調(diào)零即可，例如本實驗所用到的HA17741。下面以HA17741為例，圖1給出了常用外部調(diào)零電路。它的調(diào)零電路由12V電源、50kΩ的電阻和調(diào)零電位器Rp組成。調(diào)零時應(yīng)將電路接成閉環(huán)，將兩個輸入端接“地”，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。本實驗采用的集成運算放大器為HA17741。圖34 調(diào)零電路在測量中，電壓表或者電流表的接入應(yīng)不影響被測電路的原工作狀態(tài)，這就要求電壓表應(yīng)具有無窮大的輸入電阻，電流表的內(nèi)阻應(yīng)為零。但實際上，萬用表表頭的可動線圈總有一定的電阻，例如100μA的表頭，其內(nèi)阻約為1KΩ，用它進行測量時將影響到被測量，從而引起誤差。此外，交流表中的整流二極管的壓降和非線性特性也會產(chǎn)生誤差。如果在萬用表中使用運算放大器，就能大大降低這些誤差，提高測量精度。在歐姆表中采用運算放大器，不僅能得到線性刻度，還能實現(xiàn)自動調(diào)零。圖35為同相端輸入，高精度直流電壓表電原理圖。圖35 直流電壓表表頭電流I與被測電壓Ui的關(guān)系為: 應(yīng)當指出：圖1適用于測量電路與運算放大器共地的有關(guān)電路。此外，當被測電壓較高時，在運放的輸入端應(yīng)設(shè)置衰減器。圖36是浮地直流電流表的電原理圖。在電流測量中，浮地
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