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感测实验1-7
OP放大器
1-7 使用技巧強迫複習………OP之電壓比較
OP Amp是一種以積體電路製造技術,把電晶體或FET及電阻和一些小電容,依線路設計而集中在約(0.2x0.3)平方公分的小面積中的主動元件。
OP Amp可以當電壓比較器使用,也可以當電壓放大器使用,可放大直流或交流電壓。很好用,務必要學會。
OP Amp接腳說明 雙電源 單電源
接腳與電流供應
從接腳圖得知OP Amp主要接腳為電源(+Vcc,-Vcc)、輸入(V+,V-),輸出只有(Vo)。輔助功能接腳計有抵補調整(F1,F2)及頻率調整(C1)。
輸入端有V+,V-,乃因OP Amp電路的第一級是被安排成差動放大,即先將輸入端(V+,V-)相減,再把結果放大。
OP Amp差動放大特性
Vo = (V(+) – V(-) ) x AOL
AOL為開廻路增益,約10的5次方倍以上。
先處理 (V(+) – V(-) ) 再放大AOL 倍。
三、輸出電壓的最大擺幅
OP Amp輸出電壓的最大擺幅理論是±Vcc,但實際上OP Amp為得到緞性動作以及內部限流電阻的存在,使得最大輸出不是±Vcc,而是±Esat (飽和電壓)。
一般飽和電壓大都比Vcc小1V-3V,大約取2V為參考數據。
1. 雙電源時,若±Vcc=12V,則最大擺幅為 ±10V。
2. 單電源時,若Vcc=12V,則最大擺幅≒10V,最小值約為0.2~0.4V。
雙電源的Vo 單電源的Vo
四、OP Amp的電壓比較特性
若±Vcc=±12V,則Vo(max) ≒±(12V -2V)= ±10V,
而Vo=(V(+) – V(-) ) x AOL,
所以當Vo=Vo(max)也代表(V(+) – V(-) )是最大值。
(V(+) – V(-) )=Vo(max)/AOL=+10V/105=±104V=0.0001V
故得:
1. V(+) 比 V(-)大0.0001V時,Vo=+Esat
2. V(-) 比 V(-)小0.0001V時,Vo=-Esat
0.0001V幾乎等於0V,所以可以把OP Amp看成是電壓比較器。
1-7.1 基本電壓比較器
反相型電壓比較 非反相型電壓比較
本節電壓比較器都以單電源操作(雙電源亦可),都和3V比較,只是OP1為Vi1(V(-))和3V比較,當Vi1>3V,Vo=0.2V;OP2為Vi2(V(+))和3V比較,當Vi2>3V,Vo=10V。
茲以一個溫度控制器為實例:
若有一個溫度控制系統,它的輸出電壓Vo(T)為
Vo(T)=0.2V+0.1V/xT℃
目前Vref=3V,所代表的溫度是多少呢?
3V=0.2V+0.1V/xT℃,可得溫度28℃
1.當溫度低於28℃時
Vo(T)<3V,A點為低電壓,VA<1.4V,Q1 OFF,繼電器不動作,風扇不轉動。
2.當溫度高於28℃時
Vo(T)>3V,A點為高電壓,VA>1.4V,Q1 ON,繼電器作動,風扇轉動。
也可改用非反相電壓比較器,只要把NPN電晶體改成PNP就成了。
1-7.2 上、下限電壓比較器
上、下限電壓比較器
上、下限電壓比較器由兩個電壓比較器組成,一個管上限,一個管下限。電路中加了兩個發光二極體來指示是否到達上、下限。
1-8 使用技巧強迫複習………OP Amp之電壓放大
在處理感測電路時,想不用放大器都很難,感測電路可以說是用放大器和比較器所做成的各種不同的組合。
一、理想電壓放大器的特性
1. 輸入阻抗Ri很大………理想狀況:Ri=∞
2. 輸出阻抗Ro很小………理想狀況:Ro=0
3. 電壓放大率Av很大………理想狀況:|Av|=∞
4. 頻寬(能正常放大的頻率範圍)很寬………理想狀況:BW=∞
(1) 頻寬BW≠∞,是OP Amp的唯一缺點。
(2) OP Amp的頻寬大般約數MHz(有特殊高頻OP Amp可高達數拾MHz)
(3) 放大率和頻寬的乘積幾乎是常數Av x BW = C(常數),即想放大高頻訊號時,不能把單一級OP Amp放大電路的放大率調得太高,若需高倍數放大,直採小倍數多級串接。
二、負回授與虛接地
非反相放大器 反相放大器 差值放大器 電壓隨耦器
從輸出拉回至輸入的「-」端的接法稱為負回授。
有負回授即當放大器使用。
有負回授就形成虛接地,虛接地的現象為V(-)趨近於V(+),即V(-)=V(+)。
三、非反相放大
理論電路 實用電路
非反相放大放大率為:Av1=Vo1/Vi1=1+(R2/R1)。
實用電路:
1. 用Rx+Ry取代R2的目的。
使放大器的放大率能隨時且方便調校。
2. 加C1
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