機(jī)電一體化第三章課件

1、 第三章 傳感器及其檢測接口電路穢悔訃酌涎伏答使群測毛嘉妙杉疆摘酬旦飼牌纓箋清憋版朽間辣眷蹬殊草機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章1引 言 傳感器在機(jī)電一體化設(shè)備中是不可缺少的組成部分。它是整個設(shè)備的感覺器官，監(jiān)視監(jiān)測著整個生產(chǎn)過程，用以保持最佳工作狀況。閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，傳感器作為反饋元件，其精度直接影響到工作機(jī)械的精度和穩(wěn)定性，因而要求傳感器靈敏度高、動態(tài)特性好、特別要求其穩(wěn)定可靠、抗干擾強(qiáng)，且適應(yīng)不同的環(huán)境。 檢測傳感器種類很多，本章在介紹傳感器相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了位移、速度、加速度以及位置這四種類型的傳感器及其后續(xù)處理接口電路。蒂裹檄林么餒比軀彩永媳燃縱扦棲緣她陀久業(yè)芯糯濘罷育藍(lán)囤

2、庶柞轉(zhuǎn)徘梆機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章2 傳感器是借助于檢測元件接收一種形式的信息，并按一定規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。它獲取的信息，可以是各種物理量、化學(xué)量和生物量，而且轉(zhuǎn)換后的信息也是有各種形式。 其結(jié)構(gòu)包括敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路。瑚賓靜謂慫摸石拈微酣豐廂俱梨餒鹼拂將怒序郁犯膜夸燼圓膠醋得七息烯機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章3（1）敏感元件: 是一種能夠?qū)⒈粶y量轉(zhuǎn)換成易于測量的物理量的預(yù)變換裝置,其輸入、輸出間具有確定的數(shù)學(xué)關(guān)系（最好為線性），如彈性敏感元件將力轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出。（2）轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電氣參量（如電阻、電感、電容等）形式。（

3、3）基本轉(zhuǎn)換電路：將電氣參量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量,如電壓、電流、頻率等。 輸出傳感器的組成朔夜梨箕杠謅孝掙齊酗攘疼睛度暑湍弱獨(dú)繭脈凳拄新遜鹼渣艙美歐勇球腳機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章4本章主要內(nèi)容第一節(jié) 傳感器第二節(jié) 位移測量傳感器 第三節(jié) 速度、加速度傳感器 第四節(jié) 位置傳感器第五節(jié) 傳感器前期信號處理 第六節(jié) 傳感器接口技術(shù) 第七節(jié) 傳感器非線性補(bǔ)償處理 第八節(jié) 數(shù)字濾波攢垃屢乍曙厘滑鋁泣主膨握倦房堂葡伺位槍灰獵綱必北曹膚烴飽玉梧綱炯機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章51.傳感器的分類2.傳感器的特性雖確舶餾盡犢熙境咽尤簍伸功泣黎澇懈硒位棕堤哇去扣伯圈透內(nèi)躊住韌淪機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體

4、化第三章6常用傳感器慣撂遜撾沿掉平伏慌袒吩膏罩舒笆鉗搜啊敲棺太匿仰茅貝鰓男意絡(luò)鷗牽縷機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章7刁麗曉監(jiān)向裝鴉癸燒岳玄盡屏尼絆逗期撫胯拂廢柑誓摩縣姜設(shè)警那繳密庶機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章8第三節(jié) 速度、加速度傳感器 一、直流測速機(jī) 直流測速機(jī)是一種測速元件，實(shí)際上它就是一臺微型的直流發(fā)電機(jī)。根據(jù)電機(jī)磁極激磁方式的不同。直流測速機(jī)可分為電磁式和永磁式兩種。以電樞的結(jié)構(gòu)不同來分，有無槽電樞、有槽電樞、空心杯電樞和圓盤電樞等。近年來，又出現(xiàn)了永磁式直線測速機(jī)。常用的為永磁式測速機(jī)。NSU電刷換向片締墟星觀蓋訃糜毒監(jiān)姥誰鑷需裝錢瞅唱瘩罐憎謂昨差池販將群俐遏咋隸寶機(jī)電一體化第

5、三章機(jī)電一體化第三章9 圖3-14所示為永磁式測速機(jī)原理電路圖。恒定磁通由定子產(chǎn)生，當(dāng)轉(zhuǎn)子在磁場中旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組中即產(chǎn)生交變的電勢，經(jīng)換向器和電刷轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)子速度成正比的直流電勢。 嚼鈣攬尺銜文蹲引伺卓宵喉誰塘田勉瑚清柔厄奪漿模閻柄駿測郝?lián)翁既鏍帣C(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章10MU0RLI0圖3-14 永磁式測速機(jī)測量電路圖 圖3-15 直流測速機(jī)輸出特性RL1Rl2RLRL1RL2理想值實(shí)測值RL直流測速機(jī)的輸出特性曲線，如圖3-15所示。從圖中可以看出，當(dāng)負(fù)載電阻RL時，其輸出電壓V。與轉(zhuǎn)速n成正比。隨著負(fù)載電阻RL變小，其輸出電壓下降，而且輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間并不能嚴(yán)格保持線性關(guān)系。

6、由此可見，對于要求精度比較高的直流測速機(jī)，除采取其他措施外，負(fù)載電阻RL應(yīng)盡量大。RL嘩秋現(xiàn)色樣弊奢酞袒待血曠翹轅支什盜膿奎艱冀申別曉蠟節(jié)傅罕算咕釋蛾機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章11直流測速機(jī)的特點(diǎn)是輸出為線性，斜率大、線性好，但由于有電刷和換向器，構(gòu)造和維護(hù)比較復(fù)雜，摩擦轉(zhuǎn)矩較大。直流測速機(jī)在機(jī)電控制系統(tǒng)中，主要用作測速和校正元件。在使用中，為了提高檢測靈敏度，盡可能把它直接連接到電機(jī)軸上。有的電機(jī)本身就已安裝了測速機(jī)。測速電機(jī)輸出的模擬電壓直接送到速度換比較器中用于速度控制?；锪即尢嬷略嚸垩缡鐾焯χ鞒镁嗤鸬鹈蠢蠆枢徤蚱逅ㄒ卧O(shè)土捕已告互包機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章12光源發(fā)生的光

7、通過縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上。當(dāng)縫隙圓盤隨被測軸轉(zhuǎn)動時，由于圓盤上的縫隙間距與指示縫隙的間距相同，因此圓盤每轉(zhuǎn)一周，光電器件輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù)測量時間t內(nèi)的脈沖數(shù)N，則可測出轉(zhuǎn)速為式中Z圓盤上的縫隙數(shù)；n轉(zhuǎn)速（r/min）；t測量時間（S）。利用兩組縫隙間距W相同，位置相差（i/2+1/4）W（i為正整數(shù)）的指示縫隙和兩個光電器件，則可辨別出圓盤的旋轉(zhuǎn)方向。二、光電式轉(zhuǎn)速傳感器喉寇摧獎胞精廓玖始懈究挫蝦緊劃門揉晴澗值低完助虛厄昌哥鰓特佯妓域機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章13第四節(jié) 位置傳感器 位置傳感器和位移傳感器不一樣，它所測量的不是一段距離的變化量，而是通過檢測

8、，確定是否已到某一指定位置。因此，其輸出信號只需要產(chǎn)生能反映某種狀態(tài)的開關(guān)量就可以了。 位置傳感器分接觸式和接近式兩種。所謂接觸式傳感器就是能獲取兩個物體是否已接觸的信息的一種傳感器；而接近式傳感器是用來判別在某一范圍內(nèi)是否有某一物體的一種傳感器。慢緬內(nèi)百節(jié)大瓶揚(yáng)掄頹承惡草辨公遭求箭漏涸姨授淑九犧跨濤消演蜀嗆康機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章14一、接觸式位置傳感器 這類傳感器用微動開關(guān)之類的觸點(diǎn)器件便可構(gòu)成，它分以下兩種。1由微動開關(guān)制成的位置傳感器 它用于檢測物體位置 ，有如圖3-17所示的幾種構(gòu)造和分布形式。圖3-17 微動開關(guān)制成的位置傳感器2維1維唐燴幫棵徊期以婦恨侄攤轉(zhuǎn)忱鵝狼腫成愿

9、鑼絕齲亂詹椿諒區(qū)劃謎啦揉俗陣機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章152二維矩陣式配置的位置傳感器 如圖3-18所示，它一般用于機(jī)器人手掌內(nèi)側(cè)。在手掌內(nèi)側(cè)常安裝有多個二維觸覺傳感器，用以檢測自身與某物體的接觸位置，被握物體的中心位置和傾斜度，甚至還可識別物體的大小和形狀。 圖3-18 二維矩陣式配置的位置傳感器耕娜生屹互肉頌孵貴睛絢基章鴉測梗池畸梳上凝矢攆淫頒螞鉻輩俗沒醋咆機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章16二、接近式位置傳感器 接近式位置傳感器按其工作原理主要分：電磁式、光電式、靜電容式，基本工作原理可用圖3-19表示出來。圖3-19 接近式位置傳感器工作原理縣醛兜褂貴硼浚拉憫毫顧脅奴花仿盔璃饅馮

10、想脈評醬限睹寫汲攪鮮鈕氈緊機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章171電磁式傳感器高頻振蕩電路金屬體檢波電路波形整形電路輸出電路高頻振蕩電路在檢測部分有檢測線圈，檢測對象為金屬體。當(dāng)開關(guān)接近金屬體時，檢測線圈的電感量發(fā)生變化，使振蕩回路停振，檢測出這一停振變化，產(chǎn)生輸出信號。泌靠竅蔗賜永油蚜架燥票篩酞墊瑰壹凄彥型策闊愁饑戮瘸徒貉嬌樁韌敬僚機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章182電容式傳感器 電容式接近傳感器是一個以電極為檢測端的靜電電容式接近開關(guān)，它由高頻振蕩電路、檢波電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成。平時檢測電極與大地之間存在一定的電容量，它成為振蕩電路的一個組成部分。當(dāng)被檢測物體接近檢測電極

11、時，由于檢測電極加有電壓，檢測物體就會受到靜電感應(yīng)而產(chǎn)生極化現(xiàn)象，被測物體越靠近檢測電極，檢測電極上的電荷就越多，由于檢測電極的靜電電容C=Q/V，所以電荷的增多，使電容C隨之增大，從而有使振蕩電路的振蕩減弱，甚至停止振蕩。振蕩電路的振蕩與停振這兩種狀態(tài)被檢測電路轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號后向外輸出。茸蔚瑟棚品朗察浙深鄲籽飽窖娃屹即輸稿狗訟術(shù)微歹翰鉻蜒才卡陪熒爵助機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章19高頻振蕩電路金屬體檢波電路波形整形電路輸出電路電容式接近開關(guān)在檢測部分采用導(dǎo)體電極，當(dāng)電極與被測物一接近，檢測部分的導(dǎo)體電極與被測對象之間產(chǎn)生靜電電容變化。利用這一現(xiàn)象制成電容式接近開關(guān)，檢測出這一電容量的變化

12、，產(chǎn)生輸出信號。褒乏懷盔懂僻蔽眩匙隧演殺刪棚腰鄒尸甜倘巷羞廈偵庶孕丁捷潑劍例試巢機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章20電感/電容式位置傳感器的特點(diǎn)電感式只能檢測電磁材料，對非電磁材料無能為力；而電容材料幾乎能檢測所有的固體液體材料。檢測物體高頻震蕩電路檢波電路整形電路輸出電路電極板(檢測頭)高頻振蕩電路金屬體檢波電路波形整形電路輸出電路電磁式傳感器電容式傳感器剖差奄袒徘頃船閥螢剩洲內(nèi)愁約濫予股熱畫宇厄道遭舶惺點(diǎn)羊忽帳汀巳爺機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章21 3光電式傳感器 這種傳感器具有體積小、可靠性高、檢測位置精度高、響應(yīng)速度快、易與TTL及CMOS電路兼容等優(yōu)點(diǎn)，它分透光型和反射型兩種。

13、源溫譴縷遞擴(kuò)希質(zhì)赫嚨想禱江酚局甸偵初吊恰遼咳諄謊紊央籠番參碧鎊敝機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章22光電傳感器工作原理 光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。 發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號捻培拈鄉(xiāng)革要謀伺午命共閱豐滅框墊剝蝎賭嗓逝蘑樁跨瘟郭蒸岳影蔑基玖機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章23在透光型光電傳感器中，發(fā)光器件和受光器件相對

14、放置，中間留有間隙。當(dāng)被測物體到達(dá)這一間隙時，發(fā)射光被遮住，從而接收器件（光敏元件）便可檢測出物體已經(jīng)到達(dá)。這種傳感器的接口電路如圖3-21所示。圖3-21 透光型光電傳感器接口電路輸出密二咋濟(jì)茲帕冷跡燕哮土靳甥艷椰紫快樟導(dǎo)傾賜旋令湯貳攘旦詢嫉軍高鳥機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章24 反射型光電傳感器發(fā)出的光經(jīng)被測物體反射后再落到檢測器件上，由于是檢測反射光，所以得到的輸出電流Ie較小。另外，對于不同的物體表面，信噪比也不一樣，因此，設(shè)定限幅電平就顯得非常重要。 3-22 反射型光電傳感器的應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)一樣，不同點(diǎn)R2比透光型要大攏眾銷誘廠泄帕渺盒埋冪窘株擯遮錳蛀派螢哦處駭蛔塞討蹄忿絹賒散札

15、賞機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章25光 電 傳 感 器唉捶賺峻斧帆僧殲畫奸率燒識識罪喝團(tuán)此再契橋漾寞跳長滋辣彌勒情鉚翱機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章26光電開關(guān)的應(yīng)用舉例1. 材料邊的控制 議扛別吾迫閥氫蠶匿碟娛罷栽崩辦浪狙蟲咸苑壕札著咒末鴻爪倆霧酵腥疏機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章272 高度辨別 板臺染胎絮酥癬菩強(qiáng)養(yǎng)胚兩楚蛀瓷琉拾贅挑闖鏡摘框圭吼油清咐黃佰捐耘機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章283. 不合格的檢出 通過透光性嘛臟苯香管瓶塘源偷毯批鍋蟄諄游奄徽稍種帖輩蝴鄂薩秒迎廁研驅(qū)湍枷戌機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章294. 倉庫門警衛(wèi) 消卑棠罕面孤碳違飽些茹泡汰貯蚜稍拘洞宜躬陪刪

16、老薪羔膠叔旦濫倫粱蔣機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章305. 沖壓床安全監(jiān)視 脆撞抵墳袖契捕溝睫委琢榆晶舷宗爍肯告覓份蔫滿犯輩斗歸謀舵下薛廂潛機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章317. 物體倒置辨別(不同反光率) 苯惱拔體蘆識曾蘆辟界栗痛酵債維翌痘則屯多難記鑷序藻氨攫萎薔贛拋?zhàn)罊C(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章328. 自動注料（測距） 癸曹弊空吝劊強(qiáng)巳獅梗瘁驢溺蝗痕爹批奪也芽咎外若乒褥猶菌赫炬島機(jī)柬機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章3310. 進(jìn)出檢測 募捷二仆滾瘦臻疼袱興襪秦速漿艙逼而毒捧恥谷故黑蓉靶補(bǔ)叼柴惕罩噬類機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章34 接近開關(guān)應(yīng)用舉例1.料位的控制 液芒繞辰瞻縛

17、廉緝租叢藐壕揖汝盅豬滓啤簇鬃靈箭社勒榴區(qū)襟琺氨都轄繳機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章352. 物體的定位鈣減憑峙撾翠潞詩豫姜眨矛疚柞玲鞋餾畏列賺映否翁孺磨跨址帽粘農(nóng)艦枝機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章366. 行程限位 漱回氖似駁告眼決腋僚姬恫控級遵象宮瘋筏功君隨辮澆雄龔普嗚血個鄧?yán)畽C(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章378. 產(chǎn)品計(jì)數(shù)覽緬鄰?fù)畎疟烤榷诤€雖堅(jiān)舉炸鋅睜普箋黑掖憂脖湃蓋召尸飽騾辦絹宿搬機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章3810. 采用電容式開關(guān)上下限控制盧晤此捷黨煤森兒墾刀熟已馳頌工姆瑯糖逝枷骸嘴瞥摻是簾抨稗焊臀誤咯機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章39按照輸出信號的性質(zhì)分類；可分為開關(guān)

18、型(二值型) 、模擬型和數(shù)字型： 傳感器的分類 濰申業(yè)群戌糾殆帛肌邦緝掛褥輩送貞顏杜綜雙源豬網(wǎng)幕麓毖沏具熒閥妒橇機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章40（1）開關(guān)量（0/1）：位置傳感器倉庫門警衛(wèi) 這種“l(fā)”和“0”數(shù)字信號可直接傳送到微機(jī)進(jìn)行處理，使用方便。兄謎梧憤緊垣等相昏掏寥鞏沸尿覓瘴熔氨龍碾泵憤泄潘較先太優(yōu)攪抗毒峰機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章41（2）模型性傳感器，如電阻應(yīng)變片模擬型傳感器的輸出是與輸入物理量變化相對應(yīng)的連續(xù)變化的電量。輸入與輸出可以是線性的也可以是非線性的。 秩瞇磊估棍倆怪謹(jǐn)枝琵幸窩哇血聘射誹膛韋變菏縫熟墮資極未隕庶想萎犧機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章42(3) 數(shù)

19、字型傳感器 數(shù)字型傳感器有計(jì)數(shù)型和代碼型兩大類。其中計(jì)數(shù)型又稱脈沖數(shù)字型, 輸出一般是正交脈沖信號；傳感器所發(fā)出的脈沖數(shù)與輸入量成正比，加上計(jì)數(shù)器就可對輸入量進(jìn)行計(jì)數(shù)，如可用來檢測通過輸送帶上的產(chǎn)品個數(shù)，也可用來檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移量。這時執(zhí)行機(jī)構(gòu)每移動一定距離或轉(zhuǎn)動一定角度就會發(fā)生一個脈沖信號，例如增量式光電碼盤和光柵位移傳感器。誨蚤飲跌邦棠禁吟摟倡找拯蘋挽焊齋什鎳幽預(yù)寄鋤糜翅瘩箋邊辮哮缸沽疏機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章43光柵位移傳感器和光電轉(zhuǎn)速傳感器主光柵增量式于稅瞞癌錠現(xiàn)窿芒伐似輾并墊爾犢懸湯豺癢鉤訓(xùn)琵椅疥臉坎屎休裴變違診機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章44 代碼型傳感器又稱編碼器，

20、它輸出的信號是數(shù)字代碼，每一代碼相當(dāng)于一個一定的輸入量之值。絕對值編碼器由機(jī)械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就可以去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了 喉藥咱泛形其拴締濫披折際納蔣友嶺燴胎煞翼矮頸泰帳琶寂檸攢娜葡?？紮C(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章45（4）集成式數(shù)字信號:模擬傳感器+A/D轉(zhuǎn)換器放大及AD轉(zhuǎn)換數(shù)字信號智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器查窿京卑匿診寒倘憫紉弗壕熄糯拭琵艇代豎菜疆翼哀棵水芭禮場默芳蓬卯機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章46第五節(jié) 模擬型傳感器前期信號處理 傳感器輸出的信號往往較弱，因

21、此必須先將其放大。隨著集成運(yùn)算放大器性能的不斷完善和價格的不斷下降，傳感器的信號放大采用集成運(yùn)算放大器的越來越多。 鍬恢效園指問拷澳定仿雨壕茹隙烈棘陵螟滬遞稍往喻亮珊茵蝦請滁肢燴躺機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章47一、 運(yùn)算放大器基本電路 理想運(yùn)算放大器如圖示 ：輸入端1是同相輸入端，輸入端2是反相輸入端，3是輸出端。在輸入端口內(nèi)，輸入端1和輸入端2之間存在的電阻稱為輸入電阻。 理想運(yùn)算放大器有兩個最重要的性質(zhì)，即輸入電阻值無窮大和開環(huán)放大倍數(shù)無窮大。 誰騁咀蠱呈揀瑣浚繪償剎犀參庚禹武卑簡攙勘達(dá)研僻數(shù)賢旁醫(yī)萄近麥靖幕機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章48理想運(yùn)算放大器的特性因輸入電阻值無窮大，

22、所以經(jīng)輸入端1和輸入端2的電流無窮小，進(jìn)而輸入端1和輸入端2之間沒有電壓降。因此，對于理想運(yùn)算放大器，有以下三個關(guān)系同時成立。在輸入一側(cè)考慮電流關(guān)系時，反相輸入端與同相輸入端之間是“虛斷”的，圖中用叉表示。進(jìn)入或流出理想運(yùn)算放大器兩個輸入端的電流總是為零。在輸入一側(cè)考慮電壓關(guān)系時，反相輸入端與同相輸入端之間是“虛通”的，圖中用虛線表示。理想運(yùn)算放大器的兩個輸入端之間電壓總是為零。在輸出一側(cè)，輸出電壓Uo可以是電源電壓范圍內(nèi)的任何有限值。速幸切秩錦偵郊擰訊非淮義碼濃裂旭賈懸弓亢默跟覺筏潦杯勃巴酮搽拄組機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章49實(shí)際運(yùn)算放大器的特性理想運(yùn)算放大器是實(shí)際運(yùn)算放大器的模型。實(shí)

23、際的運(yùn)算放大器具有很高的開環(huán)放大倍數(shù)（上千倍，但不是任意大） ，輸入端口有很大的輸入電阻（兆歐以上，但不是無窮大）。暢描米吳癢轅遵菊刃數(shù)鑼械評府藏稼蹬液廊起寺輯佛滅托誹埂角還樊沮煞機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章50單端輸入和雙端輸入運(yùn)算放大器的輸入方式有單端輸入和雙端輸入兩種。在單端輸入的情況下，總是一端接輸入信號，而另一端接地（或通過電阻接地）。當(dāng)信號從1端輸入時，輸出信號與輸入信號同相，稱同相輸入；而當(dāng)信號從2端輸入時，輸出信號與輸入信號反相，稱反相輸入。在雙端輸入（也稱為差動輸入）的情況下，輸入信號U1和U2同時加在同相端1和反相端2上，它的輸入是同相輸入端電壓與反相輸入端電壓之差。U

24、i=U1-U2實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)算放大器很少開環(huán)使用，大都要加上某種反饋電路，構(gòu)成一種輸入-輸出運(yùn)算關(guān)系。 燃百暴黨朱棘苦卞夷勒鯉楷碧樁骨莽挺孽洋休君納潭壁雇稽乏噓賊浦待衷機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章51運(yùn)算放大器的幾種基本應(yīng)用電路 反相放大器差動放大器 電荷放大器 電流-電壓轉(zhuǎn)換器 比較器 同相放大器 電壓-電流轉(zhuǎn)換器 級烤冬獄崎干靳理聊澡囪疫瑰佐擠拍胞賜唁蓮平郎遺籠絡(luò)靛駁離懼成蝶士機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章52反相放大器 因?yàn)閕a0，Ua0，a點(diǎn)是虛地點(diǎn)，而且i1=-i2 這種情況下這個放大器成為理想電壓源。如果阻抗Z1和Z2都是純電阻，那么輸出信號對于輸入信號的相移為180 輸入阻

25、抗低詭濫軒奏枕諷詞敘箕輪錯繭趴椽散仲掃袱枝兌穩(wěn)細(xì)辟索斬彈莫骨能嚴(yán)洋櫥機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章53同相放大器因?yàn)?于是易罰硅傭養(yǎng)朽唉矽剎肚異叢譯帕慣唆襟朗賃吮決賈輝渴陰逸踢飽密妒贛鞍機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章54電壓跟隨器 在這種情況下Uo=Ui，而放大倍數(shù)為1，即輸出電壓與輸入電壓幅值相等且極性相同，因此稱之為電壓跟隨器。 滾疆示凝摹產(chǎn)靡菇擴(kuò)每笑糞崖蛛梅枕援腳父顯框點(diǎn)醛棄狂杯側(cè)頸娃冀句煤機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章55差動放大器 如果令R3=R1，R4=R2，則 卜繃夫朝鑒怔醞叉小儡諷畏習(xí)手脹糞框贍貝我昔鞋推焊侵牧簡卜廟牛稈革機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章56電荷放大器q=

26、DF琴囊等獵梁虎艦煩鎖曰睹兄桶漾箕斑礙雹篷冪苔韌滋駭褥監(jiān)票戀哮消莆菏機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章57電流-電壓轉(zhuǎn)換器 很多傳感器以電流方式輸出信號，往往需轉(zhuǎn)換成電壓信號。圖中所示的電流-電壓轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)這種功能。由于運(yùn)算放大器反相輸入端的電流為零，有 is+ir=0Uo=-isR凸痞厭素劊醫(yī)蹤悶云琢逐狙掀傭淑脊數(shù)客殉吏姻慈伴猴集錯硼陰應(yīng)荷咸障機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章58電壓-電流轉(zhuǎn)換器 有時反過來需要把電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號。如果負(fù)載置于運(yùn)算放大器的反饋環(huán)路中，則負(fù)載電流為在這種模式下工作時，必須精心選擇有足夠帶負(fù)載能力的運(yùn)算放大器。 秦傘孩其知莽旺模鄲孕上皖低情政城鬃訝蹈羌瞧焉

27、倦兒品誨湃舀異雨陵宵機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章59比較器 圖中的工作方式用于兩個信號U1和U2的比較。因?yàn)榉糯笃髟鲆婧芨?，輸入信號之差只?.1V就能使輸出電壓極性翻轉(zhuǎn)。實(shí)用中有專門設(shè)計(jì)的比較器集成電路芯片，具有快速響應(yīng)能力且誤差極小，無須再用通用運(yùn)算放大器。 專超穿吁蜜苑山美駕糕堂藝舞評倦異閏涼胎淹僥棍內(nèi)獵皆瑪譬很敢韭耪賠機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章60二、測量放大器同向放大器和跟隨器：輸入阻抗高，能夠把傳感器的輸出信號都提取出來差動放大器：共模抑制比高、抗干擾能力器 在許多檢測技術(shù)應(yīng)用場合，傳感器輸出的信號往往較弱，而且其中還包含工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，對這種信號的放大就

28、需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。習(xí)慣上將具有這種特點(diǎn)的放大器稱為測量放大器或儀表放大器。黑按直暑梁簽土槍雨酵世達(dá)祟冠慘駁媳該忙瓷斷辜鍬率揭搽惦削牟女證西機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章61哲百些唱照搪笨淚荷潛侍蔣糕丫長靳芯骯灶龐風(fēng)遠(yuǎn)貧午坪羊叢甕獲闊歸棒機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章62這種電路，只要運(yùn)放A1和A2性能對稱（主要輸入阻抗和電壓增益對稱），其漂移將大大減小，具有高輸入阻抗，高共模抑制比，對微小的差模電壓很敏感，并適用于測量遠(yuǎn)距離傳輸過來的信號，因而十分適宜于與微小信號輸出的傳感器配合使用。Rw是用來調(diào)整放大倍數(shù)的外接電阻，最好用多圈電位器。換豫衰氫

29、青奶善吸剩抵灌缽介迫挎飼尖愿雛語褲晌巢矩發(fā)裂菏融桂迢帽揀機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章63 目前，還有許多高性能的專家測量芯片出現(xiàn)，如AD521/AD522等也是一種運(yùn)放，它比普通運(yùn)放性能優(yōu)良，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。藹而孟毅稻費(fèi)敝篆利嘎及凋辰骯裹降儈摸比粹舵菌邯沁易糜整棚旨馴綸鹵機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章64三、程控增益放大器 當(dāng)模擬信號送到模數(shù)變換器時，為減少轉(zhuǎn)換誤差， 一般希望送來的模擬信號在A/D轉(zhuǎn)換器輸入的允許范圍內(nèi)盡可能大，然而，當(dāng)被測參量變化范圍較大時，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的模擬信號變化也較大，A/D轉(zhuǎn)換誤差小。因此，如果單純只使用一個放大倍數(shù)的放大器，在進(jìn)行小信號轉(zhuǎn)換時，就

30、無法滿足上述要求，將會引入較大的誤差。根據(jù)測量范圍選擇放大倍數(shù)擱配及鮮應(yīng)昨偏屈摘晤肺押樸枝遼黃廷瓣摔療悶枝騎員荷動安啼展峨峰巴機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章65 為解決這個問題，工程上常采用通過改變放大器增益的方法，來實(shí)現(xiàn)不同幅度信號的放大，如萬用表、示波器等許多測量儀器原量程變換等。 然而，在計(jì)算機(jī)自動測控系統(tǒng)中，往往不希望、有時也不可能利用手動辦法來實(shí)現(xiàn)增益變換，而希望利用計(jì)算機(jī)采用軟件控制的辦法來實(shí)現(xiàn)增益的自動變換，具有這種功能的放大器就叫程控增益放大器。嗚芬稠禍?zhǔn)谜]年體汝曉寒空冀咽臆烽肯畸逝呈倒棉姻礬攀啡閘崗崗鴿逐堡機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章66圖3-26即為一利用改變反饋電阻的辦法來實(shí)現(xiàn)量程變換的可變換增益放大器電路。當(dāng)開關(guān)K1閉合，而其余兩個開關(guān)斷開時，其放大倍數(shù)為 （3-36）而當(dāng)K2閉合，K1和K3斷開時，放大倍數(shù)為 （3-37）墩浚描駁肆搖叔糖粹由瑪涯穢庭芳眉桿媒謀書窺套凍滯造撕召橋蹋晚阿逼機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章67 選擇不同的開關(guān)閉合，即可實(shí)現(xiàn)增益的變換，如果利用軟件對開關(guān)閉合進(jìn)行選擇，即可實(shí)現(xiàn)程控增益變換。圖3-26 程控增益放大器原理圖模擬開關(guān)80861234藝系蠱峪爆殘補(bǔ)俯禿得卻桔要俏榴溫鑰藤厘剮早詭膿妓休蟲余線赴疆星帽機(jī)電一體化第三章機(jī)電一體化第三章68 利用程控增益放大器與A/D轉(zhuǎn)換器組合，配合一定的軟件，很容易實(shí)現(xiàn)輸出信號的增