電子技術(shù)與單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐課程 典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路課件

電子技術(shù)與單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐電子技術(shù)與單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐1項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇行業(yè)背景在許多工業(yè)控制系統(tǒng)中，常常需要檢測(cè)交流電壓、電流信號(hào)。例如，用于控制電動(dòng)機(jī)的變頻器，就需要實(shí)時(shí)檢測(cè)交流輸入電流值，用于數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)過流保護(hù)等?，F(xiàn)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一臺(tái)變頻器，380VAC輸入，額定功率為75KW。變頻器電路設(shè)計(jì)中，需要設(shè)計(jì)交流輸入電流檢測(cè)電路，選用的電流傳感器為LEM公司的HAS200-S，如圖所示。HAS200-S檢測(cè)電流范圍為0～600A，輸出電壓與檢測(cè)電流成線性關(guān)系：±200A對(duì)應(yīng)輸出電壓±4V。變頻器的主控芯片選用的是TI公司的一款DSP芯片，其AD輸入范圍是0～5VDC。而電流傳感器的輸出具有負(fù)值，無法與主控芯片的AD口直接相連，否則可能會(huì)造成DSP芯片的損壞。所以，需要對(duì)電流傳感器的輸出電壓進(jìn)行信號(hào)處理后才能輸送給DSP芯片。項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇行業(yè)背景在2項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇任務(wù)描述輸入交流信號(hào)為峰峰值2*4√2(≈11.31V)的正弦信號(hào)（信號(hào)中含有負(fù)值），頻率為50HZ，要求經(jīng)過信號(hào)處理后，使信號(hào)均為正值，需要將原信號(hào)抬高一定電壓。AD口輸入范圍0-5VDC，取抬高電壓值為2.5V?？梢詫⑿盘?hào)縮放一定比例，根據(jù)電路實(shí)際情況與實(shí)際電阻型號(hào)的阻值，選擇比例系數(shù)為=30K/160K倍，運(yùn)放之后，即峰峰值為2.12的正弦波），同時(shí)將信號(hào)抬高2.5V，最終抵達(dá)AD口的信號(hào)范圍是,（-2.12/2+2.5，2.12/2+2.5）V，即：（1.44,3.56）V,如下圖所示:信號(hào)調(diào)理示意圖項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇任務(wù)描述輸3項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備

（一）運(yùn)算放大器概述

運(yùn)算放大器（簡稱“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。虛斷是指運(yùn)放的輸入阻抗很大，近似開路，即同相輸入端和反相輸入端端口的電流為0，即I+=I-=0，任意條件下均成立。虛短是指運(yùn)放的正負(fù)輸入端之間的電壓差等于零，就像一根短路線一樣。只有形成負(fù)反饋之后，輸出為有限大（不飽和）時(shí)，滿足虛短，即同相輸入端（標(biāo)著V+的那根線）和反相輸入端（標(biāo)著V-的那根線）電壓相等，即V+=V-項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備4項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放大電路-同相放大電路

項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放5項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放大電路-反相放大電路

項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放6項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放大電路-加法器電路

項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放7項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放大電路-差分放大電路

項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放8項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備（二）基準(zhǔn)電壓

項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備（二）基準(zhǔn)電9項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)10項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)VT5=-(VIN1–VIN2)R7/R9+2.5VT6=(VIN1–VIN2)(R7/R9)(R6/R10)+2.5項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)VT5=11項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)12項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路功能測(cè)試輸入信號(hào)波形為11.31V/50Hz的正弦波形，信號(hào)縮放30/160倍，疊加2.5V直流電壓，也就是抬高2.5V，輸出信號(hào)波形為2.12V/50Hz。如下圖所示CH1為輸入信號(hào)，CH2是輸出波形，可以看到，輸出電壓與輸入電壓相比，輸出電壓幅值縮小為輸入信號(hào)的3/16，波形相位相同且抬高了2.5V。項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路功能測(cè)試輸入信號(hào)波形13項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析一輸出波形異常：VT6輸出方波等T5波形正常，T6輸出方波：很有可能是后級(jí)運(yùn)放工作在比較器的狀態(tài)。項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析一輸出波形異常14項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析二輸入信號(hào)正極接到SIN2信號(hào)地接到SIN1,即信號(hào)同相輸入分析：同相輸入電壓調(diào)整l交換2個(gè)信號(hào)輸入端，即S-IN2為輸入信號(hào)正極，S-IN1為信號(hào)地。T5點(diǎn)輸出波形與輸入信號(hào)波形相位相同，S-OUT輸出端波形與輸入信號(hào)波形相位相反。項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析二輸入信號(hào)正極15項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析三RC濾波參數(shù)測(cè)試分析：一階的低通濾波器。它的截止頻率由右式?jīng)Q定：當(dāng)信號(hào)頻率低于這個(gè)截止頻率時(shí)，信號(hào)得以通過；當(dāng)信號(hào)頻率高于這個(gè)截止頻率時(shí)，信號(hào)輸出將被大幅衰減。電路板上的RC濾波，R為1000Ω，C為1NF=1/1000000000F,由上述計(jì)算公式可得，截止頻率f0為159235.7HZ,即當(dāng)輸入信號(hào)的頻率高于這個(gè)截止頻率時(shí)，RC輸出信號(hào)衰減為濾波前的0.707倍。項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析三RC濾波參數(shù)16項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析四電源指示燈不亮，電路板不工作分析：可能是電源電路某部分?jǐn)嗦芬鸬?，可能先測(cè)試電路板上電源電路某部分的各個(gè)點(diǎn)來發(fā)現(xiàn)問題項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析四電源指示燈不17項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析五在現(xiàn)有電路典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路上搭載同相放大器、反相放大器電路、跟隨器電路、差分放大不抬高電路，并觀察現(xiàn)象項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析五在現(xiàn)有電路典18Thanks！每一個(gè)人都可以站在大地，分享這個(gè)世界，并觸摸天空!Thanks！每一個(gè)人都可以站在大地，分享這個(gè)世界，并觸摸天19電子技術(shù)與單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐電子技術(shù)與單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐20項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇行業(yè)背景在許多工業(yè)控制系統(tǒng)中，常常需要檢測(cè)交流電壓、電流信號(hào)。例如，用于控制電動(dòng)機(jī)的變頻器，就需要實(shí)時(shí)檢測(cè)交流輸入電流值，用于數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)過流保護(hù)等?，F(xiàn)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一臺(tái)變頻器，380VAC輸入，額定功率為75KW。變頻器電路設(shè)計(jì)中，需要設(shè)計(jì)交流輸入電流檢測(cè)電路，選用的電流傳感器為LEM公司的HAS200-S，如圖所示。HAS200-S檢測(cè)電流范圍為0～600A，輸出電壓與檢測(cè)電流成線性關(guān)系：±200A對(duì)應(yīng)輸出電壓±4V。變頻器的主控芯片選用的是TI公司的一款DSP芯片，其AD輸入范圍是0～5VDC。而電流傳感器的輸出具有負(fù)值，無法與主控芯片的AD口直接相連，否則可能會(huì)造成DSP芯片的損壞。所以，需要對(duì)電流傳感器的輸出電壓進(jìn)行信號(hào)處理后才能輸送給DSP芯片。項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇行業(yè)背景在21項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇任務(wù)描述輸入交流信號(hào)為峰峰值2*4√2(≈11.31V)的正弦信號(hào)（信號(hào)中含有負(fù)值），頻率為50HZ，要求經(jīng)過信號(hào)處理后，使信號(hào)均為正值，需要將原信號(hào)抬高一定電壓。AD口輸入范圍0-5VDC，取抬高電壓值為2.5V?？梢詫⑿盘?hào)縮放一定比例，根據(jù)電路實(shí)際情況與實(shí)際電阻型號(hào)的阻值，選擇比例系數(shù)為=30K/160K倍，運(yùn)放之后，即峰峰值為2.12的正弦波），同時(shí)將信號(hào)抬高2.5V，最終抵達(dá)AD口的信號(hào)范圍是,（-2.12/2+2.5，2.12/2+2.5）V，即：（1.44,3.56）V,如下圖所示:信號(hào)調(diào)理示意圖項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇任務(wù)描述輸22項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備

（一）運(yùn)算放大器概述

運(yùn)算放大器（簡稱“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。虛斷是指運(yùn)放的輸入阻抗很大，近似開路，即同相輸入端和反相輸入端端口的電流為0，即I+=I-=0，任意條件下均成立。虛短是指運(yùn)放的正負(fù)輸入端之間的電壓差等于零，就像一根短路線一樣。只有形成負(fù)反饋之后，輸出為有限大（不飽和）時(shí)，滿足虛短，即同相輸入端（標(biāo)著V+的那根線）和反相輸入端（標(biāo)著V-的那根線）電壓相等，即V+=V-項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備23項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放大電路-同相放大電路

項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放24項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放大電路-反相放大電路

項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放25項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放大電路-加法器電路

項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放26項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放大電路-差分放大電路

項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備經(jīng)典的運(yùn)算放27項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備（二）基準(zhǔn)電壓

項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備（二）基準(zhǔn)電28項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)29項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)VT5=-(VIN1–VIN2)R7/R9+2.5VT6=(VIN1–VIN2)(R7/R9)(R6/R10)+2.5項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)VT5=30項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路原理圖設(shè)計(jì)31項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路功能測(cè)試輸入信號(hào)波形為11.31V/50Hz的正弦波形，信號(hào)縮放30/160倍，疊加2.5V直流電壓，也就是抬高2.5V，輸出信號(hào)波形為2.12V/50Hz。如下圖所示CH1為輸入信號(hào)，CH2是輸出波形，可以看到，輸出電壓與輸入電壓相比，輸出電壓幅值縮小為輸入信號(hào)的3/16，波形相位相同且抬高了2.5V。項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路功能測(cè)試輸入信號(hào)波形32項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析一輸出波形異常：VT6輸出方波等T5波形正常，T6輸出方波：很有可能是后級(jí)運(yùn)放工作在比較器的狀態(tài)。項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析一輸出波形異常33項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析二輸入信號(hào)正極接到SIN2信號(hào)地接到SIN1,即信號(hào)同相輸入分析：同相輸入電壓調(diào)整l交換2個(gè)信號(hào)輸入端，即S-IN2為輸入信號(hào)正極，S-IN1為信號(hào)地。T5點(diǎn)輸出波形與輸入信號(hào)波形相位相同，S-OUT輸出端波形與輸入信號(hào)波形相位相反。項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析二輸入信號(hào)正極34項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析三RC濾波參數(shù)測(cè)試分析：一階的低通濾波器。它的截止頻率由右式?jīng)Q定：當(dāng)信號(hào)頻率低于這個(gè)截止頻率時(shí)，信號(hào)得以通過；當(dāng)信號(hào)頻率高于這個(gè)截止頻率時(shí)，信號(hào)輸出將被大幅衰減。電路板上的RC濾波，R為1000Ω，C為1NF=1/1000000000F,由上述計(jì)算公式可得，截止頻率f0為159235.7HZ,即當(dāng)輸入信號(hào)的頻率高于這個(gè)截止頻率時(shí)，RC輸出信號(hào)衰減為濾波前的0.707倍。項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇電路調(diào)試分析三RC濾波參數(shù)35項(xiàng)目一：典型交流信號(hào)運(yùn)算放大電路〇