運(yùn)算放大器的參數(shù)選擇

1、運(yùn)算放大器的參數(shù)指標(biāo)開環(huán)電壓增益Avd開環(huán)電壓增益（差模增益）為運(yùn)算放大器處于開環(huán)狀態(tài)下，對(duì)小于200Hz的交流輸入信號(hào)的放大倍數(shù)，即輸出電壓與輸入差模電壓之比。它一般為104106，因此它在電路分析時(shí)可以認(rèn)為無窮大。閉環(huán)增益Af閉環(huán)增益是運(yùn)算放大器閉環(huán)應(yīng)用時(shí)的電壓放大倍數(shù)，其大小與放大電路的形式有關(guān)，與放大器本身的參數(shù)幾乎無關(guān)，只取決于輸入電組和反饋電阻值的大小。反相比例放大器，其增益為EFEF共模增益Avc和共模抑制比當(dāng)兩個(gè)輸入端同時(shí)加上頻率小于200Hz的電壓信號(hào)Vic時(shí)，在理想情況下，其輸出電壓應(yīng)為零。但由于實(shí)際上內(nèi)部電路失配而輸出電壓不為零。此時(shí)輸出電壓和輸入電壓之比成為共模增益Av

2、c。共模抑制比運(yùn)算放大器的差模增益Avd共模增益Avc通常以對(duì)數(shù)關(guān)系表示:Kcmr=20log運(yùn)算放大器的差模增益Avd共模增益Avc共模抑制比一般在80120Db范圍內(nèi)，它是衡量放大器對(duì)共模信號(hào)抑制能力高低的重要指標(biāo)。這不僅是因?yàn)樵S多應(yīng)用電路中要求抑制輸入信號(hào)中夾帶的共模干擾，而且因?yàn)樾盘?hào)從同相端輸入時(shí)，其兩個(gè)輸入端將出現(xiàn)較大的共模信號(hào)而產(chǎn)生較大的運(yùn)算誤差。輸入失調(diào)電壓在常溫（25C）下當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，其輸出電壓不為零。此時(shí)將其折算到輸入端的電壓稱為輸入失調(diào)電壓。它一般為（0.215）mV。這就是說，要使放大器輸出電壓為零，就必須在輸入端加上能抵消Vio的差值輸入電壓。輸入偏置電流在常溫（

3、25C）下輸入信號(hào)為零（兩個(gè)輸入端均接地）時(shí)，兩個(gè)輸入端的基極偏置電流的平均值稱為輸入偏置電流，即1llB=（IIB-+llB+）2它一般在10nA1uA的范圍內(nèi)，隨溫度的升高而下降，是反映放大器動(dòng)態(tài)輸入電阻大小的重要參數(shù)。輸入失調(diào)電流Iio輸入失調(diào)電流可表示為|lO=|IlBlIB+|在雙極晶體管輸入級(jí)運(yùn)算放大器中，Iio約為（0.20.1）Iib-或（0.20.1）Iib+。當(dāng)Iio流過信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)，產(chǎn)生輸入失調(diào)電壓。而且它也是溫度的函數(shù)。差模輸入電阻Rid在一般應(yīng)用電路中，輸入阻抗是指差模輸入電阻Rid。它一般為100KQ1MQ,高輸入阻抗運(yùn)算放大器的差模輸入電阻可達(dá)io13q。溫度漂移

4、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流和輸入偏置電流等參數(shù)均隨溫度、時(shí)間和電源等外界條件的變化而變化。其中輸入偏置電流的變化是造成放大器溫度漂移的主要原因。對(duì)于雙極晶體管輸入級(jí)運(yùn)算放大器，輸入偏置電流隨溫度上升而變小，數(shù)量級(jí)為nA級(jí)。輸出峰一峰電壓輸出峰一峰電壓是在電源電壓和負(fù)載為額定值時(shí)，運(yùn)算放大器的最大峰一峰電壓。例如UA741在土15V電源電壓下工作時(shí)，其輸出峰一峰電壓約為土14V。它實(shí)際上隨電源電壓、負(fù)載電流和工作頻率的變化而變化。最大輸出電流Iom運(yùn)算放大器在保持輸出峰峰電壓的情況下所能提供的最大輸出電流用Iom表示，一般約為1020mA。開環(huán)輸出電阻Ros運(yùn)算放大器在開環(huán)狀態(tài)下，其輸出電壓變化

5、量和輸出電流變化量之比稱為輸出電阻。它的大小反映運(yùn)算放大器的負(fù)載能力，一般在幾百歐姆的數(shù)量級(jí)。運(yùn)算放大器的基本單元加法器加法弱RF,RF-Vo=VIIVI2RI1RI2減法器Vo=(RI1RF)(RP)VI2RFVI1RI1RI2RPRI1如果選取電阻值滿足RF/RI1=RP/RI2的關(guān)系，則輸出電壓Vo可簡化為RFVo=(VI2V11)RI1微分器Vi嚇-Via輸入電壓履出也汕積分器0FKUF0FKUFVi丁TtC編入電壓線性整流電路2-H線性半波整荊電踏輸入電壓VtVt褊出槌k如果將電路中的兩個(gè)二極管同時(shí)反接，則變成為正極性輸入電壓線性整流電路。如果不接入二極管D1，則輸入信號(hào)為正時(shí)，D2

6、截止，放大器變成開環(huán)，不能保持虛地，就不能成為整流電路。絕對(duì)值電路全波莖逋屯路絕對(duì)值電路j)-VotVt在線性半波整流電路的基礎(chǔ)上,負(fù)極性輸入電壓半波整流，在加上一級(jí)加法器,就組成了絕對(duì)值電路。其中前級(jí)組成RI=RF的條件下，輸入電壓與V1的關(guān)系為:V1=0（當(dāng)VI0時(shí)），V仁|VI|（當(dāng)VI0時(shí)，V1=0；在RI2=RF1的條件下，Vo=VI。當(dāng)VIVI-，輸出電壓就為正輸出極限Vg；反之則為負(fù)輸出極限Vd。同時(shí)放大器不加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，有利于提高比較速度。任酋電平此較器任意電平比較器：它將輸入信號(hào)與某一非零給定電壓進(jìn)行比較。放大器接成加法器，給定電壓和輸入信號(hào)分別從經(jīng)兩個(gè)輸入電阻輸入。忽略由輸入

7、失調(diào)電壓和失調(diào)電流所產(chǎn)生的誤差，在IF為正時(shí)，輸出為負(fù)極限幅值；在IF為負(fù)時(shí)，輸出為正極限幅值。IF為零時(shí)的輸入電壓就是比較器的給定電壓。當(dāng)改變輸入電壓比RI2/RI1時(shí)，對(duì)于已知給定電壓，便可以改變被檢測的輸入電壓值。復(fù)合PI調(diào)節(jié)器電梯：對(duì)于電動(dòng)狀態(tài)下，電機(jī)由零速向滿速的加速過程中，剛開始調(diào)節(jié)器的比例增益應(yīng)該隨轉(zhuǎn)速增高而減小，在臨界轉(zhuǎn)差處達(dá)到最小值，然后隨轉(zhuǎn)速的增高而增大，在滿速時(shí)保持最大值。對(duì)于制動(dòng)狀態(tài)下，電機(jī)由滿速向零速的減速過程中，調(diào)節(jié)器比例增益應(yīng)該應(yīng)盡可能大一些，以提高系統(tǒng)的快速性；低頻端的增益要高，以保證靜態(tài)精度；高頻端要衰減的快些，以提高系統(tǒng)抗干擾的能力。復(fù)合PI調(diào)節(jié)器實(shí)際上由三

8、個(gè)基本調(diào)節(jié)器組成：固定比例增益的低頻、高頻端調(diào)節(jié)器和可調(diào)增益的中頻段調(diào)節(jié)器。它的參數(shù)選擇以其閉環(huán)幅頻特性諧振峰值(振蕩指示)最小為準(zhǔn)則，基本滿足了電梯電、制動(dòng)調(diào)節(jié)器的要求。按圖示參數(shù)，高、中、低頻端的比例增益分別為3.3、101000、51；高、中、低頻段的積分時(shí)間常數(shù)分別為3.3ms、470ms、2.4s。由此可見，在加、減速過程中，主要是中、低頻段調(diào)節(jié)器起作用、調(diào)節(jié)中頻段的比例增益和積分時(shí)間常數(shù)，以適應(yīng)不同系統(tǒng)的要求，同時(shí)減少發(fā)生機(jī)械諧振的可能性。在滿速運(yùn)行過程，中、低頻段調(diào)節(jié)器接近開環(huán)狀態(tài)，主要是高頻段起調(diào)節(jié)作用，以降低系統(tǒng)的干擾影響。顯然，復(fù)合PI調(diào)節(jié)器屬于定PI參數(shù)調(diào)節(jié)，仍然不能完全

9、適應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性要求，只有在數(shù)字控制方式中才有可能實(shí)現(xiàn)變PI參數(shù)調(diào)節(jié)。直流反相放大器一般增益系數(shù)不宜太大，|Kc|100200，當(dāng)需要增益很高時(shí)，可采用多級(jí)串聯(lián)方式反饋電阻：3KRf200K輸入電阻：Rr=Rf/Kc倘若考慮與前級(jí)匹配選取較大的Rr，且需要的增益|Kc|亦較大，造成反饋電阻Rf超過2000K選用改進(jìn)型反相放大器改進(jìn)型反相放大器Rf=Rf12+Rf1/(RrRf2)Kc=-Rf12/Rr+Rf1/(RrRf2)只要2Rf1滿足上述范圍(3200K)，并適當(dāng)選取Rf2，仍可使等效反饋電阻Rf較大。直流同相放大器3TT7R3TT7RUo用作阻抗匹配的運(yùn)算放大器參數(shù)選擇計(jì)算在伺服

10、系統(tǒng)中，為了適應(yīng)不同信號(hào)源，要求運(yùn)算放大器有很高的輸入阻抗，采用同相放大器來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。秦繼榮沈安俊編著參見：現(xiàn)代直流伺服控制技術(shù)及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社PI(比例一積分)調(diào)節(jié)器UzUzIDC-B円厚例一嵌的鞠節(jié)活Vc(S)灰2(1+RXj)Ui(習(xí)TtJR2Q電容C不宜過大，也不宜太小，一般取1uF左右。R2與C的位置不能顛倒，即C必須接在輸出端，R2接在反相端。R2與C的位置若顛倒了，則C相當(dāng)于并聯(lián)在輸入端，形成較大的寄生慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)將改變。PI(比例一積分)調(diào)節(jié)器U規(guī)5-K2HK2JQOA；K2K3)U規(guī)5-K2HK2JQOA；K2K3)PR2EXE2-R3)可見，調(diào)節(jié)R3的

11、阻值，可以改變時(shí)間常數(shù)T(T=CR2R3/(R2+R3)，而不影響比例系數(shù)。反相型PD（比例一微分）調(diào)節(jié)器（常用作超前補(bǔ)償）15.16.o(S)g+M丿1QR3S?_L仃十U220=622933(V)因此選用晶閘管額定電壓為1200V，過載安全系數(shù)為3.86。制動(dòng)組晶閘管容量的選擇制動(dòng)組采用單相半控橋式整流電路，制動(dòng)繞組參數(shù)如下：每相定子電阻1=1.44;每相轉(zhuǎn)子等效電阻r1=1.297;每相短路電抗xk=4.738。它與電動(dòng)繞組分析相似，差轉(zhuǎn)率S變化范圍為10.06，電機(jī)每相阻抗值Z變化范圍為5.4723.5。在晶閘管全導(dǎo)通狀態(tài)下，最大負(fù)載電流有效值為U=380=7016(A)ZZ晶閘管電流為