電子技術(shù)與單片機應(yīng)用實踐課程 典型交流信號運算放大電路課件

電子技術(shù)與單片機應(yīng)用實踐電子技術(shù)與單片機應(yīng)用實踐1項目一：典型交流信號運算放大電路〇行業(yè)背景在許多工業(yè)控制系統(tǒng)中，常常需要檢測交流電壓、電流信號。例如，用于控制電動機的變頻器，就需要實時檢測交流輸入電流值，用于數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)過流保護等。現(xiàn)準備設(shè)計一臺變頻器，380VAC輸入，額定功率為75KW。變頻器電路設(shè)計中，需要設(shè)計交流輸入電流檢測電路，選用的電流傳感器為LEM公司的HAS200-S，如圖所示。HAS200-S檢測電流范圍為0～600A，輸出電壓與檢測電流成線性關(guān)系：±200A對應(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值，無法與主控芯片的AD口直接相連，否則可能會造成DSP芯片的損壞。所以，需要對電流傳感器的輸出電壓進行信號處理后才能輸送給DSP芯片。項目一：典型交流信號運算放大電路〇行業(yè)背景在2項目一：典型交流信號運算放大電路〇任務(wù)描述輸入交流信號為峰峰值2*4√2(≈11.31V)的正弦信號（信號中含有負值），頻率為50HZ，要求經(jīng)過信號處理后，使信號均為正值，需要將原信號抬高一定電壓。AD口輸入范圍0-5VDC，取抬高電壓值為2.5V?？梢詫⑿盘柨s放一定比例，根據(jù)電路實際情況與實際電阻型號的阻值，選擇比例系數(shù)為=30K/160K倍，運放之后，即峰峰值為2.12的正弦波），同時將信號抬高2.5V，最終抵達AD口的信號范圍是,（-2.12/2+2.5，2.12/2+2.5）V，即：（1.44,3.56）V,如下圖所示:信號調(diào)理示意圖項目一：典型交流信號運算放大電路〇任務(wù)描述輸3項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備

（一）運算放大器概述

運算放大器（簡稱“運放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實際電路中，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。虛短是指運放的正負輸入端之間的電壓差等于零，就像一根短路線一樣。只有形成負反饋之后，輸出為有限大（不飽和）時，滿足虛短，即同相輸入端（標著V+的那根線）和反相輸入端（標著V-的那根線）電壓相等，即V+=V-項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備4項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放大電路-同相放大電路

項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放5項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放大電路-反相放大電路

項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放6項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放大電路-加法器電路

項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放7項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放大電路-差分放大電路

項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放8項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備（二）基準電壓

項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備（二）基準電9項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計10項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計VT5=-(VIN1–VIN2)R7/R9+2.5VT6=(VIN1–VIN2)(R7/R9)(R6/R10)+2.5項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計VT5=11項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計12項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路功能測試輸入信號波形為11.31V/50Hz的正弦波形，信號縮放30/160倍，疊加2.5V直流電壓，也就是抬高2.5V，輸出信號波形為2.12V/50Hz。如下圖所示CH1為輸入信號，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的3/16，波形相位相同且抬高了2.5V。項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路功能測試輸入信號波形13項目一：典型交流信號運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：很有可能是后級運放工作在比較器的狀態(tài)。項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析一輸出波形異常14項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析二輸入信號正極接到SIN2信號地接到SIN1,即信號同相輸入分析：同相輸入電壓調(diào)整l交換2個信號輸入端，即S-IN2為輸入信號正極，S-IN1為信號地。T5點輸出波形與輸入信號波形相位相同，S-OUT輸出端波形與輸入信號波形相位相反。項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析二輸入信號正極15項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析三RC濾波參數(shù)測試分析：一階的低通濾波器。它的截止頻率由右式?jīng)Q定：當信號頻率低于這個截止頻率時，信號得以通過；當信號頻率高于這個截止頻率時，信號輸出將被大幅衰減。電路板上的RC濾波，R為1000Ω，C為1NF=1/1000000000F,由上述計算公式可得，截止頻率f0為159235.7HZ,即當輸入信號的頻率高于這個截止頻率時，RC輸出信號衰減為濾波前的0.707倍。項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析三RC濾波參數(shù)16項目一：典型交流信號運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斷路引起的，可能先測試電路板上電源電路某部分的各個點來發(fā)現(xiàn)問題項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析四電源指示燈不17項目一：典型交流信號運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運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)象項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析五在現(xiàn)有電路典18Thanks！每一個人都可以站在大地，分享這個世界，并觸摸天空!Thanks！每一個人都可以站在大地，分享這個世界，并觸摸天19電子技術(shù)與單片機應(yīng)用實踐電子技術(shù)與單片機應(yīng)用實踐20項目一：典型交流信號運算放大電路〇行業(yè)背景在許多工業(yè)控制系統(tǒng)中，常常需要檢測交流電壓、電流信號。例如，用于控制電動機的變頻器，就需要實時檢測交流輸入電流值，用于數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)過流保護等?，F(xiàn)準備設(shè)計一臺變頻器，380VAC輸入，額定功率為75KW。變頻器電路設(shè)計中，需要設(shè)計交流輸入電流檢測電路，選用的電流傳感器為LEM公司的HAS200-S，如圖所示。HAS200-S檢測電流范圍為0～600A，輸出電壓與檢測電流成線性關(guān)系：±200A對應(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值，無法與主控芯片的AD口直接相連，否則可能會造成DSP芯片的損壞。所以，需要對電流傳感器的輸出電壓進行信號處理后才能輸送給DSP芯片。項目一：典型交流信號運算放大電路〇行業(yè)背景在21項目一：典型交流信號運算放大電路〇任務(wù)描述輸入交流信號為峰峰值2*4√2(≈11.31V)的正弦信號（信號中含有負值），頻率為50HZ，要求經(jīng)過信號處理后，使信號均為正值，需要將原信號抬高一定電壓。AD口輸入范圍0-5VDC，取抬高電壓值為2.5V。可以將信號縮放一定比例，根據(jù)電路實際情況與實際電阻型號的阻值，選擇比例系數(shù)為=30K/160K倍，運放之后，即峰峰值為2.12的正弦波），同時將信號抬高2.5V，最終抵達AD口的信號范圍是,（-2.12/2+2.5，2.12/2+2.5）V，即：（1.44,3.56）V,如下圖所示:信號調(diào)理示意圖項目一：典型交流信號運算放大電路〇任務(wù)描述輸22項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備

（一）運算放大器概述

運算放大器（簡稱“運放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實際電路中，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。虛短是指運放的正負輸入端之間的電壓差等于零，就像一根短路線一樣。只有形成負反饋之后，輸出為有限大（不飽和）時，滿足虛短，即同相輸入端（標著V+的那根線）和反相輸入端（標著V-的那根線）電壓相等，即V+=V-項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備23項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放大電路-同相放大電路

項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放24項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放大電路-反相放大電路

項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放25項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放大電路-加法器電路

項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放26項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放大電路-差分放大電路

項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備經(jīng)典的運算放27項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備（二）基準電壓

項目一：典型交流信號運算放大電路〇基礎(chǔ)知識儲備（二）基準電28項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計29項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計VT5=-(VIN1–VIN2)R7/R9+2.5VT6=(VIN1–VIN2)(R7/R9)(R6/R10)+2.5項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計VT5=30項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路原理圖設(shè)計31項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路功能測試輸入信號波形為11.31V/50Hz的正弦波形，信號縮放30/160倍，疊加2.5V直流電壓，也就是抬高2.5V，輸出信號波形為2.12V/50Hz。如下圖所示CH1為輸入信號，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的3/16，波形相位相同且抬高了2.5V。項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路功能測試輸入信號波形32項目一：典型交流信號運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：很有可能是后級運放工作在比較器的狀態(tài)。項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析一輸出波形異常33項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析二輸入信號正極接到SIN2信號地接到SIN1,即信號同相輸入分析：同相輸入電壓調(diào)整l交換2個信號輸入端，即S-IN2為輸入信號正極，S-IN1為信號地。T5點輸出波形與輸入信號波形相位相同，S-OUT輸出端波形與輸入信號波形相位相反。項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析二輸入信號正極34項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析三RC濾波參數(shù)測試分析：一階的低通濾波器。它的截止頻率由右式?jīng)Q定：當信號頻率低于這個截止頻率時，信號得以通過；當信號頻率高于這個截止頻率時，信號輸出將被大幅衰減。電路板上的RC濾波，R為1000Ω，C為1NF=1/1000000000F,由上述計算公式可得，截止頻率f0為159235.7HZ,即當輸入信號的頻率高于這個截止頻率時，RC輸出信號衰減為濾波前的0.707倍。項目一：典型交流信號運算放大電路〇電路調(diào)試分析三RC濾波參數(shù)35項目一：典型交流信號運算放大電路〇