红外线器制作

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,工程4,集成运算放大器,运算放大器电路的符号如图a所示，图b所示是经常用到的简单画法，它有两个输入端，“端叫反相输入端，“端叫同相输入端，输出端的电压与同相输入端同相，而与反相输入端反相。,运算放大器工作所需要的电源有VCC端、VEE端和接地端，一般情况下不画出。,a符号 b常用简单符号,运算放大器符号,运算放大电路内部组成框图,集成运算放大器LF353,集成运算放大器芯片内部常有一个、二个、四个运算放大器，如集成运算放大器LF353，其内部就包含了两个运算放大器，与外部的引脚如下图。,理想运放的技术参数,(1)开环电压放大倍数Auo。是集成运放在开环(无反响)状态下，输出电压uo与差模输入信号(ui+ui-)之比，即,Auo越高，构成的运放运算精度越高，工作也越稳定。实际运放的Auo都很高，如集成运放D508，开环增益高达140dB(107)，HA2900的开环增益高达160dB(108)。理想运放认为Auo。,(2)输入失调电压Uio。输入电压为零时，输出电压一般不为零，为使输出电压为零，要在输入端加一个补偿电压，此电压即为输入失调电压Uio，一般为几毫伏，此值越小越好，如集成运放F007的失调电压为210mV。理想运放的失调电压为零。,(3)输入失调电流Iio。当输入信号为零时，两个输入端静态输入电流之差IioIB+IB-为运放的输入失调电流，一般为1100nA。高质量的运放Iio小于1nA，理想运放输入失调电流为零。,(4)输入偏置电流IiB。假设输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值IiB(IB1IB2)，输入偏置电流IiB一般在1A以下。IiB越小，Iio也越小，因而零漂也就越小。如F007的IiB为200nA。理想运放的IiB为零。,(5)最大共模输入电压UiCM。运放对共模信号有抑制能力，但共模信号必须是在规定的范围内，如超出了这个范围，运放的抑制能力会显著下降。UiCM表示了集成运放所承受的共模干扰信号的能力。UiCM越大越好，高质量的运放UiCM可达十几伏。,(6)最大输出电压Uoppm。在电源电压为额定值时，使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压，称为运放的最大输出电压。如F007的电源电压为15V时，Uoppm约为13V。,(7)共模抑制比KCMRR。运放对差模信号的放大倍数与它对共模信号放大倍数之比称为运放的共模抑制比。这个参数越大那么运放的质量越好，一般为65160dB之间，如F007的KCMRR为8086dB。理想运放的KCMRR为。另外理想运放的输入电阻Ri，输出电阻Ro0，开环带宽fBW，而且不存在零点漂移。,理想运放的“虚断和“虚短,(1)虚短,理想运放的两输入端之间的电压为零，即UU，相当于两输入端之间短路，即“虚短。,这是因为运放工作在线性区，输出电压为有限值，而理想运放的Auo，那么输入端之间的电压(uiui)应为零。,(2)虚断,理想运放的两输入端不吸取电流，即II0。相当于两输入端之间是开路的，即“虚断。,这是因为uiui，即差模输入电压uiduiui0，而差模输入电阻Rid的缘故。,利用“虚短和“虚断的概念，将使各种运放电路的分析十分简便。,反相比例运算放大电路及倒相器,由图知：,ui0,而uiui0,又II0,那么有i1if,即：,例4.1 电路如下图，设R110k，Rf50 k，求Auf、R2。假设ui0.5V时，uo?,解：反相比例运算电路放大倍数,Auf uo/uiRf/R1 50/105,平衡电阻为：,R2R1Rf10508.3k,uo uiAuf 0.5(5)2.5V,同相比例运算放大电路及电压跟随器,电路的输入信号通过R2加到运放的同相输入端，反相输入端那么通过电阻R1接地。R2是平衡电阻，应满足R2R1Rf。由“虚断 II0及“虚短UU可求得：,u,o,(1R,f,/R,1,)u,i,电压跟随器,加法运算电路,电路中的电阻应满足R1Rf R2R3R4的关系，由“虚断和“虚短的概念并应用叠加原理推导出：,减法运算电路,其中，,例4.3 电路如下图，R1R2R310K，Rf151K，Rf2100K，ui10.1V，ui20.3V，求uo1 和uo。,解：此题用反相比例运算放大电路和反相加法运算电路构成减法器，第一级为反相比例运算放大电路，因此得：,uo1Rf1ui1/R1(510.1/10)0.51V,第二级为反相加法运算电路，得：,uoRf2/R2ui2Rf2/R3uo1100/100.3100/10(0.51)2.1V,积分运算电路,微分运算电路,过零电压比较器,ui为输入电压，它与同相输入端的参考电压UREF0相比较,当反相输入电压ui0时，uoUoL,当反相输入电压ui0时，uoUoH,被比较的电压称为电压比较器的阈值电压或门限电压,过零电压比较器电路,电路的输入输出波形,单门限电压比较器,单门电压限比较器电路,电路的输入输出波形,反相迟滞比较器,将输出电压通过反响电阻Rf引向同相输入端，形成正反响，将参考电压UREF通过R2接于同相输入端，输入信号通过R1接于反相输入端,双向稳压二极管VDZ为输出限幅保护，既限制了输出电压幅度，又加快了工作速度,反相迟滞比较器,波形图,反相迟滞比较器的特点是被比较电路的电压有两个，当uoUDZ时，被比较电压用UTH表示，根据叠加原理，可求得,当uoUDZ时，被比较电压用UTL表示，,其中UTHUTLUT称为回差。回差越大，抗干扰能力就越强，但回差越大，将使灵敏度越低。,负反响放大电路,在放大电路中，输入信号由输入端参加，经放大后从输出端输出，这是信号正向传输通道。如果通过一个网络将输出信号(电压或电流)的一局部或全部反方向送回到放大电路的输入回路，并与输入信号相合成，这个过程称为反响。,反响放大电路由无反响的根本放大电路和反响网络组成,反响网络可以是电阻、电容、电感、变压器、二极管等单个元件及其组合，也可以是较为复杂的电路。放大电路可以是分立元件组成的放大电路，也可以是运放。带有反响的放大电路称为闭环放大电路，而无反响的放大电路称为开环放大电路。,正反响和负反响,当反响信号Xf起消弱Xi的作用，使净输入信号Xd减小，使放大电路放大倍数降低，那么所引入的反响为负反响；相反，Xf起增强输入信号Xi的作用，使净输入信号Xd变大，放大倍数升高，所引入的反响称为正反响。,放大电路中常引入负反响以稳定放大电路的静态工作点，改善放大电路的动态性能，而不引入正反响，因为正反响很容易引起自激振荡，造成放大电路工作不稳定。,直流反响和交流反响,RE1、RE2既在输入回路中又在输出回路中，构成了反响电路。电阻RE1和RE2均出现在直流通路中，因而引入了直流反响，RE2也出现在交流通路中，对交流信号有反响作用，因而RE2既引入直流反响，也引入了交流反响，RE1被旁路电容CE短路了，它没有引入交流反响。,分压式射极偏置放大电路,串联反响和并联反响,如果反响信号与输入信号相串联就是串联反响，在串联反响中，反响信号是以电压的形式出现在输入回路中的，如下图。,串联反响框图,如果反响信号与输入信号相并联就是并联反响。在并联反响中，反响信号是以电流形式出现在输入回路中的，如左图所示,图中Rf引入了并联反响。,并联反响框图,电流反响和电压反响,如果反响信号取自输出电流并与之成正比，就是电流反响，如左图所示。,电流反响框图,分压式射极偏置放大电路,交流通路,uf取自输出电流并与之成正比，因而是电流反响。,如果反响信号取自输出电压并与之成正比就是电压反响，如下图。,电压反响框图,电压反响放大电路,负反响四种根本组态,电压串联负反响,由电阻R1、R2组成的分压器就是反响网络,判别反响极性采用瞬时极性法,即假设在同相输入端接入一电压信号ui，设其瞬时极性为正(对地)，因为输出端与同相输入端极性一致也为正，uo经R1、R2分压后N点电位仍为正，而在输入回路中有uiuduf，那么uduiuf，由于uf的存在使ud减小了，因而所引入的反响为负反响；由于反响信号在输入回路中与输入信号串联，故为串联反响；从输出端看，R1、R2组成分压器，将输出电压的一局部取出作为反响信号,所以为电压反响,电压并联负反响,输入端看，反响信号If与输入信号id相并联，所以为并联反响；从输出端看，反响电路(由Rf构成)与根本放大电路和负载RL相并联，假设将输出端短路，反响信号就消失了，这说明反响信号与输出电压成正比，因而为电压反响。设某一瞬间输入ui为正，那么uo为负，If和id的方向如图中所标，可见净输入电流idiiIf，由于If的存在，id变小了，故为负反响。,电流串联负反响,反响信号uf与输入信号ui和净输入信号ud串联在输入回路中，故为串联反响；从输出端看，反响电阻Rf和负载电阻RL相串联，假设输出端被短路即uo0，而uf ioRf仍存在，故为电流反响；设ui瞬时极性对地为正，输出电压uo对地也为正，io流向如图所标，uf极性已标出，在输入回路中有uiuduf，那么uduiuf，uf的存在使ud减小了，那么为负反响。,电流并联负反响,反响信号与净输入信号相并联，故为并联反响；假设将RL短路，那么uo0，而反响信号If仍存在，故为电流反响；设ui瞬时极性为正，输出电压u0为负，那么If及ii方向如图中所标，idiiIf，故为负反响。,红外线报警器制作,如下图，电路由传感器电路、放大电路、比较器、基准电压和指示电路组成。,传感器电路由SD02型热释电人体红外传感器、R1及C3组成,放大电路由运放A1、A2及外围元件组成,比较器电路由运放A3、A4及外围元件组成,指示电路由发光二极管等组成,基准电压由电阻R10、R11及R12组成。,当人体进入传感器监测范围时，传感器产生一个交流信号约1mV，频率与人体移动速度有关正常行走速度，频率约为6Hz，传感器信号送到运算放大器A1同相输入端，放大倍数为,输出信号经过电容C6耦合到运算放大器A2的反相输入端，其放大倍数为,因此两级运算放大电路的总电压放大倍数为,AufAuf1Auf2。A3和A4构成双限电压比较器，,A3参考电位为 VCC，,A4参考电位为 VCC。,在传感器无输出信号时，运放A,1,静态输出电压在0.41V之间，A,2,直流输出电压为2.1V左右，由于U,B,2.1V2.7V，A,3,输出高电平，二极管VD,4,点亮、VD,3,不亮；,当人体退出监测范围，输出电压U,o2,1.5V，二极管VD,3,点亮、VD,4,不亮。当人体在监测范围内走动时，二极管VD,3,、VD,4,交替点亮。,制作步骤,1.注意教材错误内容：,1P63图4.1中，运放A3的输入端为上“-下“+；,2P80第三行内容“A4输出高电平，应改为“A4输出低电平,2.准备仪器仪表等工具,序号,名称,型号,数量,备注,1,直流稳压电源,DF1731SD2A,1台,2,数字万用表/模拟万用表,DT9205/MF47,1只,3,电工工具箱,含电烙铁、斜口钳等,1套,3.领料,序号,名称,型号,数量,备注,1,万能电路板,10cm5cm,1块,2,集成运算放大器,LM358,2只,暂不发,3,集成电路插座,集成电路8脚插座,2只,4,二极管,1N4001,2只,5,发光二极管,3.5绿色、红色,各1只,6,热释电人体红外传感器PY,SD02,1只,暂不发,7,电阻,51k,43 k,100 k,2M,24 k,18 k,200,3只,3只,1只,2只,2只,1只,2只,8,电容,100uF,0.1uF,1000pF,4.7uF,0.01uF,10uF,1只,1只,2只,1只,2只,2只,4.元件数量核对、参数规格检测；,譬如：集成运算放大器LF353内部两个运算放大器与外部的引脚图,5.元件在,万能电路板进行布局；,6.焊接,注意：热释电红外传感器先不要焊入到线路板中,7.通电检测此时热释电红外传感器没有焊入到线路板中,1先作通电前的检查，有无导线、引脚短路、断