用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)萬(wàn)用表(論文)(編輯修改稿)
2024-09-01 09:40 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 零。 圖3－2 運(yùn)算放大器可接的兩種電源xian 現(xiàn)在我們來(lái)簡(jiǎn)單地看看由于上面的兩個(gè)特性可以得到一些什么樣的結(jié)論。 首先，運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為無(wú)窮大，所以只要它的輸入端的輸入電壓不為零，輸出端就會(huì)有與正的或負(fù)的電源一樣高的輸出電壓本來(lái)應(yīng)該是無(wú)窮高的輸出電壓，但受到電源電壓的限制。準(zhǔn)確地說(shuō)，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(diǎn)，運(yùn)算放大器的輸出端就會(huì)輸出一個(gè)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(yùn)算放大器的輸出端就會(huì)輸出一個(gè)與負(fù)電源電壓相同的電壓(如果運(yùn)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(wú)窮大，所以不能將運(yùn)算放大器直接用來(lái)做放大器用，必須要將輸出的信號(hào)反饋到反相輸入端(稱為負(fù)反饋)來(lái)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(hào)返回到運(yùn)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(huì)減小電路的放大倍數(shù)，是一個(gè)負(fù)反饋電路，電阻也叫做負(fù)反饋電阻。 圖3－3 運(yùn)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(yùn)算放大器的輸入電阻為無(wú)窮大，所以運(yùn)算放大器的輸入端是沒(méi)有電流輸入的——它只接受電壓。同樣，如果我們想象在運(yùn)算放大器的同相輸入端與反相輸入端之間是一只無(wú)窮大的電阻，那么加在這個(gè)電阻兩端的電壓是不能形成電流的，沒(méi)有電流，根據(jù)歐姆定律，電阻兩端就不會(huì)有電壓，所以我們又可以認(rèn)為在運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸人端電壓是相同的(電壓在這種情況就有點(diǎn)像用導(dǎo)線將兩個(gè)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(yùn)放的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，當(dāng)運(yùn)算放大器組成的線性電路輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出往往不等于零。為了提高電路的運(yùn)算精度,要求對(duì)失調(diào)電壓和失調(diào)電流造成的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，這就是運(yùn)算放大器的調(diào)零?！罢{(diào)零”技術(shù)是使用運(yùn)放時(shí)必須掌握的。特別是在作直流放大器用時(shí)，由于輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流的影響，當(dāng)運(yùn)放的輸入為零時(shí)，輸出不為零，將影響運(yùn)算放大器的精度，嚴(yán)重時(shí)使運(yùn)算放大器不能正常工作。調(diào)零的原理是，在運(yùn)放的輸入端外加一個(gè)補(bǔ)償電壓，以抵消運(yùn)放本身的失調(diào)電壓，達(dá)到調(diào)零的目的。有些運(yùn)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(jìn)行調(diào)零即可，例如本實(shí)驗(yàn)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(shí)應(yīng)將電路接成閉環(huán)，將兩個(gè)輸入端接“地”，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。本實(shí)驗(yàn)采用的集成運(yùn)算放大器為HA17741。圖34 調(diào)零電路在測(cè)量中，電壓表或者電流表的接入應(yīng)不影響被測(cè)電路的原工作狀態(tài)，這就要求電壓表應(yīng)具有無(wú)窮大的輸入電阻，電流表的內(nèi)阻應(yīng)為零。但實(shí)際上，萬(wàn)用表表頭的可動(dòng)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(jìn)行測(cè)量時(shí)將影響到被測(cè)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(huì)產(chǎn)生誤差。如果在萬(wàn)用表中使用運(yùn)算放大器，就能大大降低這些誤差，提高測(cè)量精度。在歐姆表中采用運(yùn)算放大器，不僅能得到線性刻度，還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(cè)電壓Ui的關(guān)系為: 應(yīng)當(dāng)指出：圖1適用于測(cè)量電路與運(yùn)算放大器共地的有關(guān)電路。此外，當(dāng)被測(cè)電壓較高時(shí)，在運(yùn)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(cè)量中，浮地
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