【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 11）測(cè)量功率PC 它是指數(shù)電阻在規(guī)定的環(huán)境溫度下，%時(shí)所耗散的功率： 熱敏電阻的選定在本設(shè)計(jì)中我們選用深圳訊敏電子科技有限公司0402系列CN0402R221B2900HT， 熱敏電阻的規(guī)格該電阻25℃時(shí)的阻值R25=220歐姆，B值在25℃50℃時(shí)的值為2900，其阻值誤差為3%，B值誤差為3%，使用溫度范圍為40～+125℃，額定功率為100mw。該電阻有以下特點(diǎn)：①高可靠的疊層片式陶瓷結(jié)構(gòu)體積小,無(wú)引線,適合高密度表面貼裝。②端電極采用三層電鍍具有優(yōu)良的可焊性及耐熱沖擊性,適合波峰焊及再流焊。③分布容量低，可應(yīng)用于高頻領(lǐng)域。響應(yīng)速度快。④優(yōu)良的耗散系數(shù), 0402 系列約2mw/176。C⑤優(yōu)良的溫度系數(shù),工作溫度范圍：－40℃～＋125℃。 熱敏電阻接接線方法及理論分析在本設(shè)計(jì)中我們用的是直流單臂電橋接法，其中一個(gè)電阻為傳感器,我們將此電橋叫單臂電橋，現(xiàn)假定R1不感受應(yīng)變時(shí)，可調(diào)整某一個(gè)固定電阻使其輸出為零（必然滿足R1R3=R2R4）。在此基礎(chǔ)上，如果R1在應(yīng)變作用下變?yōu)镽1+ΔR1，則電橋的輸出為 經(jīng)過(guò)計(jì)算證明當(dāng)R1=R2，R3=R4時(shí)，電橋靈敏度最大，此時(shí)， 上式表明單臂電橋輸出為非線形，非線形誤差為L(zhǎng)=UOU0 單臂電橋電路本文中R1=R2為熱敏電阻，取R3=R4=150Ω[13]為了提高傳感器的精度我們對(duì)熱敏電阻通以恒流電源I，使得熱敏電阻自身發(fā)熱，使其溫度最后保持在人體體溫37℃左右。下邊計(jì)算恒流源I的大小，為了提高電橋的靈敏度，令R1，R2為熱敏電阻，R3，R4為普通電阻，現(xiàn)已知熱敏電阻在25度時(shí)的阻值R25=220Ω，材料常數(shù)B=2900，可根據(jù)公式：計(jì)算出R37=，取整得R37=150Ω假設(shè)在室內(nèi)空氣不流動(dòng)，則根據(jù)熱平衡原理，在穩(wěn)定的情況下熱敏電阻所產(chǎn)生的熱量應(yīng)等于熱敏電阻往外界耗散的熱量，其平衡方程為：QJ=Qr式中，QJ——熱敏電阻上電流所產(chǎn)生的熱量，QJ= I2R Qr——熱敏電阻往外界耗散的熱量，Qr所以有I2R =HΔT即 假設(shè)室溫為25℃，又由于CN0402R221B2900HT熱敏電阻的耗散系數(shù)為H=2mw/176。C，則經(jīng)計(jì)算，本設(shè)計(jì)中的流經(jīng)熱敏電阻的電流I的大小應(yīng)為I=。由于電橋?qū)ΨQ性。 本設(shè)計(jì)利用LM317做恒流源電路[13]，LM317是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)穩(wěn)壓器集成電路。我國(guó)和世界各大集成電路生產(chǎn)廠商均有同類產(chǎn)品可供選用，是使用極為廣泛的一類串聯(lián)集成穩(wěn)壓器。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM317內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。 LM317管腳圖通常LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM317輸入端的連線超過(guò)6英寸（約15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電路能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。LM317能夠有許多特殊的用法。比如把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上，可以用來(lái)調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過(guò)LM317的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電壓輸出。：，其外圍元件少，易于制作，LM317工作時(shí)，輸出端（in）與調(diào)整端（ADJ），與系統(tǒng)地之間有50μA的電流，因此，LM317是浮動(dòng)工作的電路，即通過(guò)調(diào)整端對(duì)地之間的電阻夠成回路。設(shè)計(jì)時(shí)把負(fù)載電阻作為調(diào)整端的接地電阻，其輸出電流僅與輸出端到調(diào)整端之間的電阻R1有關(guān)，而與負(fù)載電阻無(wú)關(guān)。輸入電壓的大小與恒流源輸出電流的穩(wěn)定性密切相關(guān)，只要輸入的支流電壓Uin足夠高，那么，負(fù)載阻抗就能在較大范圍內(nèi)變化，且維持負(fù)載電流恒定。若調(diào)節(jié)精度電阻R1，周圍可連續(xù)改變輸出電流的大小。其輸出電流的計(jì)算公式為：Iout=1. R由于本設(shè)計(jì)所要求的恒流源電流為Iin=。則電阻R的大小應(yīng)為R150Ω25/ 恒流源電路 運(yùn)算放大器的選擇由于熱敏電阻呼吸頻率傳感器采用直流電源（電池）供電，設(shè)計(jì)過(guò)程中所用元器件較多，為了保持良好的線性性能及較低的失調(diào)誤差，運(yùn)放應(yīng)該具有一個(gè)較小的輸入偏置電流。此外，輸入噪聲電壓、輸入共模電容和差分電容也對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和整體精度產(chǎn)生不利的影響。為滿足此要求，此光電探測(cè)器中放大器采用AD704和AD705。AD704/AD705/AD706微微安級(jí)輸入電流的雙極型運(yùn)算放大器是美國(guó)AD公司(Analog Devices Inc)最近二年推出的優(yōu)秀產(chǎn)品之一。它具有低功耗、低漂移、高輸入阻抗、交流與直流特性優(yōu)異等一系列優(yōu)點(diǎn)。AD704/AD705/AD706三種運(yùn)算放大器，它們的區(qū)別在于每一塊集成塊內(nèi)含有的運(yùn)算放大器個(gè)數(shù)不同。AD705是在每個(gè)集成塊內(nèi)只封裝一個(gè)運(yùn)算放大器，AD706是在每個(gè)集成塊內(nèi)封裝了二個(gè)匹配的AD705運(yùn)算放大器，而AD704是在每個(gè)集成塊內(nèi)封裝了四個(gè)匹配的AD705芯片，為四運(yùn)放器件。本文均以AD705性能為例進(jìn)行使用說(shuō)明。AD704/AD705/： AD704/AD705/AD706的管腳排列圖 AD704/AD705/AD706運(yùn)算放大器的基本特性AD704/AD705/AD706是低功耗、雙極型的運(yùn)算放大器，它具有雙極型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(BiFET)的輸入級(jí)。因此，具有輸入阻抗高、輸入失調(diào)電壓低、輸入偏置電流小、輸入失調(diào)電壓漂移小的特點(diǎn)。由于采用了超雙極型場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸入級(jí)，輸入偏置電流達(dá)到了微微安級(jí)的水平，使它既具有BiFET與雙極型運(yùn)算放大器的許多優(yōu)點(diǎn)，又克服了全溫度范圍內(nèi)偏置電流(I)B)漂移大的缺陷。在全溫度范圍內(nèi)，它的IB典型應(yīng)用僅增長(zhǎng)5倍，而一般BiFET運(yùn)算放大器IB要增長(zhǎng)1000倍。由于采用超β雙極性技術(shù)，AD704/AD705/AD706的失調(diào)電壓達(dá)到微伏級(jí)，并且還具有精密雙極型運(yùn)算放大器的低噪聲特性。與op07相比，輸入失調(diào)電壓僅為op07的1/15。溫度漂移值為op07的1/2。由于是BiFET輸入級(jí)，因此，信號(hào)源阻抗可以比op07高得多，而它的直流精度卻保持不變。AD704/AD705/ AD704/AD705/AD706的主要技術(shù)性能指標(biāo)參數(shù)名稱AD704（四運(yùn)放）AD705（單運(yùn)放）AD706（雙運(yùn)放）輸入失調(diào)電壓30μV10μV10μV輸入偏置電流80pA30pA30pA輸入失調(diào)電流30pA30pA30pA頻率響應(yīng) 截止頻率轉(zhuǎn)換速率輸入阻抗 差動(dòng) 共模40MΩ∥2pf300 MΩ∥2pf40MΩ∥2pf300 MΩ∥2pf40MΩ∥2pf300 MΩ∥2pf共模抑制比 CMRR132db132db132db共模輸入電壓范圍177。14V177。14V177。14V輸出電壓擺幅177。14V177。14V177。14V電源電壓 正常工作電壓 最低工作電壓 最高工作電壓177。15V177。177。18V177。15V177。177。18V177。15V177。177。18V25℃時(shí)最大失調(diào)電壓60μV（K級(jí)）最大失調(diào)電壓漂移℃（K級(jí)）25℃時(shí)最大輸入偏流100pA（K級(jí)）～10Hz電壓噪聲1/f轉(zhuǎn)折頻率4Hz10Hz處電壓噪聲17nV/10Hz處電流噪聲50fA/177。15V時(shí)的功耗650mW增益帶寬積 AD704/AD705的雙極性基準(zhǔn)電源輸入AD704/AD705的需要雙極性基準(zhǔn)電源輸入，本文使用了一片MAX774配合電源來(lái)產(chǎn)生177。5V的電壓。MAX774是MAXIM公司生產(chǎn)的+5V—5V的DC—DC電平整流轉(zhuǎn)換器件，特性如下：*最小輸出功率5W*最大輸出電流可達(dá)100μA*在5MA～1A負(fù)載電流范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換效率高達(dá)85%*最大偏置電流僅為5μA*輸入電壓范圍3～*5V或可調(diào)整輸出電壓*轉(zhuǎn)換頻率高達(dá)300KHz MAX774的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 MAX774基本轉(zhuǎn)換電路 MAX774管腳排列圖[14]信號(hào)放大電路是為了將微弱的傳感器信號(hào)，放大到足以進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換處理，或推動(dòng)指示器、記錄器以及各種控制機(jī)構(gòu)。由于傳感器輸出的信號(hào)形式和信號(hào)的大小各不相同，傳感器所處的環(huán)境條件、噪聲對(duì)傳感器的影響也不一樣，因此所采用的信號(hào)放大電路的形式和指標(biāo)也不同。在有個(gè)情況下還要求對(duì)增益能夠程控，對(duì)窗傳感器的非線形通過(guò)放大電路線形化。此外，對(duì)于生物電信號(hào)的放大以及核電站等強(qiáng)噪聲的背景下的信號(hào)放大，考慮到安全等原因，還需將傳感器有放大電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，才用隔離放大電路。 隨著集成技術(shù)的發(fā)展，集成運(yùn)算放大器的性能不斷完善，價(jià)格不斷降低，完全采用分立元件的信號(hào)放大電路已基本被淘汰，主要是用集成運(yùn)算放大器組成的各種形式的放大電路，或?qū)ｉT(mén)設(shè)計(jì)制成具有某些性能的單片集成放大器。但是在功率放大電路中，晶體管仍有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用。 在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來(lái)放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測(cè)量放大電路，亦稱儀用放大電路。 測(cè)量放大電路的結(jié)構(gòu)形式是由傳感器的類型決定的。例如，電阻應(yīng)變式傳感器聽(tīng)國(guó)電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓信號(hào)，并用差動(dòng)放大器做進(jìn)一步的放大，因此電橋放大電路就是其測(cè)量放大電路。又如，用光電池、光敏電阻作為檢測(cè)元件時(shí)，由于他們的輸出電阻很高，可視為電流源，此時(shí)測(cè)量放大電路即為微電流放大電路。 測(cè)量放大電路的頻帶寬度是由被測(cè)參數(shù)的頻率范圍及其載波信號(hào)頻率決定的。測(cè)控系統(tǒng)中，被測(cè)參數(shù)的頻率，低的動(dòng)電流開(kāi)始，高的可至1011Hz。被測(cè)信號(hào)的頻率越寬，測(cè)量放大電路的頻帶也就應(yīng)越寬，才能使不同的頻率信號(hào)具有聽(tīng)樣的靈敏度，使輸出不失真?；疽笈c類型通常，傳感器輸出的電信號(hào)是微弱的，且與電路之間的連接具有一定的距離。例如，在典型的工業(yè)環(huán)境中，距離可達(dá)3m以上，這時(shí)就需要用電纜傳輸信號(hào)。傳感器有內(nèi)阻，電纜也有電阻，這些電阻和放大電路產(chǎn)生的噪聲，以及環(huán)境噪聲都會(huì)對(duì)放大電路造成干擾，影響它正常工作。因此對(duì)測(cè)量放大電路的基本要求是：①測(cè)量放大電路的輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；②穩(wěn)定的放大倍數(shù)；③低噪聲；④德的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流，以及低的漂移；⑤足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率（無(wú)畸變地放大瞬態(tài)信號(hào)）；⑥高的共模輸入范圍和高的共模抑制比；⑦可調(diào)的閉環(huán)增益；線形好、精度高；⑧成本低。應(yīng)該指出的是，不同的傳感器，不同的使用環(huán)境、不同的使用條件和目的，對(duì)測(cè)量放大電路的要求是不同的。但是可以這樣說(shuō)，測(cè)量放大電路是一中綜合指標(biāo)很好的高性能放大電路。按測(cè)量放大電路的結(jié)構(gòu)原理可分為差動(dòng)直接耦合式、調(diào)制式和自動(dòng)穩(wěn)定式三大類。其中差動(dòng)直接耦合式包括了單端輸入（同向或反向）運(yùn)算放大電路、電橋放大電路、電荷放大電路等測(cè)量放大電路。 按元件的制造方式可分為分立元件結(jié)構(gòu)和