新编PPT2章

2.2.2 模拟信号处理单元
比例放大电路包括反相比例放大电路、同相比例放大电路以及加减 运算电路。它们使用的有源器件都是集成运算放大器。
一、集成运算放大器的主要性能指标
1.开环差模增益Aod
集成运放无外加反馈（开环）时的差模电压放大倍数，以10为底取对 数乘以系数20为开环差模增益，记作Aod，即Aod为：。
8.最大共模输入电压UICmax或UICM
UICmax为输入级能正常工作情况下允许输入的最大共模信号。当共模输 入电压高于此值时，集成运放便不能对差模信号进行放大。实际中要特别 注意输入信号中共模信号部分的大小不能超过UICmax。该参数越大越好。 如μA741的UICmax=±12V， CF324的UICmax= -0.3~+32V, LM358的 UICmax=-0.3~30V。
9.-3dB带宽fH
fH是由于信号频率的增大使Aod下降3dB(即下降到0.707倍)时所对应的 信号频率。该参数越大越好
如μA741的fH =7Hz， CF324的fH 查不到, LM358的fH 查不到。
10.单位增益带宽fc
fc是使Aod下降到零分贝（即Aod=1）时的信号频率。该参数越大越好。 如μA741的fc =1MHz。
国际通用电路符号
我国推荐电路符号
二、集成运算放大器的分类 1.按工作原理分类
（1）电压放大型
实现对信号的电压放大，输出回路等效由输入电压ui控制的受控电压源， 输出电阻ro可以忽略，则uo=Aodui 实际应用中大多使用电压型集成运放。如μA741、CF324、LM358均为 电压放大型集成运放。
2.2 基本单元电路设计 2.2.1 信号的获取
一、温度传感器及其应用
1、分类 接触式：热电偶、热电阻、半导体热敏电阻、集成温度传感 器。 非接触式：红外辐射式。
2、热电偶
1）热电偶测温原理
将不同材料的导体A、B接成闭合回路 ,接触测温点的一端称测量端t,另一端 称参考端t0 ，若测量端和参考端所处 温度t和t0 不同,则在回路中就会产生 微小电流，则在A、B之间就产生一热 电势EAB(t，t0 ),这种现象称为塞贝 克效应，即热电效应。由热电效应产 生的热电势EAB大小随导体A、B的 材料性质以及两端温度t和t0 而变,这 种回路称为原型热电偶。 在实际应用中，将A、B的一端焊接在 一起作为热电偶的测量端放到被测温度 t处，而将参考端t0分开，用导线或补 偿导线接入温度仪表，如果保持参考端 接点温度t0稳定。温度仪表所测电势只 随被测温度t而变化。
电子工程设计与实践
第2章 模拟电子电路的设计
2.1 模拟电子系统的组成
传感器件
模拟电路
执行机构
传感器件：将非电量信号（声音、温度、湿度、压力、流量等）转换
为连续变化的电信号。
模拟电路：实现电信号的放大和变换以驱动执行机构动作。包括放 大电路、振荡电路、整流电路、电源电路、滤波电路或各种波形变换电 路。 执行机构：把模拟电路传送来的电能转换成其他形式的能量。如扬 声器、继电器、电磁阀、示波器、电机等。
3、热电阻
热电阻是中低温区最常用的一种温度 检测器。热电阻测温是基于金属导体的电 阻值随温度的增加而增加这一特性来进行 温度测量的。 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随 温度变化而变化的,即温场温度升高时,热
电阻的阻值增加,温场温度降低时,热电阻
的阻值减小. 热电阻一般采用线性良好的铂丝制作而
成,又叫铂热电阻或铜热电阻.适用于中低
3.差模输入电阻rid
rid是集成运放在输入差模信号时的输入电阻。 如μA741的rid=2MΩ。
rid越大从信号源索取的电流越小。该参数越大越好
4.输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT
由于集成运放的输入级电路参数不可能绝对对称，所以当输入电压为 零时，输出电压uo并不为零。UIO是使输出电压为零时在输入端所加的补 偿电压。其数值是ui=0时，输出电压折合到输入端电压的负值，即
下面以LM35为例介绍集成温度传感器的使用。
LM35 是美国国家半导体公司(NS 公司)生
产的系列精密集成电路温度传感器，输出电压 与摄氏温度线性成比例（10mV/℃），因而 LM35 优于用开尔文标准的线性温度传感器， LM35无需外部校准或微调来提供±1/ 4℃的常 用的室温精度，在- 55℃～ + 150℃温度范围 内为± 3/ 4℃，LM35 的额定工作温度范围为55℃～ + 150℃，LM35C 在- 40℃到+ 110℃ 之间，LM35D在0℃到+ 100℃之间。LM35适 合密封的TO-46封装，LM35C、LM35D适合塑
4）测温回路热电势及温度值计算
图3：热电势测量演示
如果按照图3测量电路，当t > t0 ,数字电压表上测得的热电势值可表示为 eAB(t,t0) = eAB(t) - eAB(t0) 。这就是说，参考端温度t0如果不为0℃，测得的 温度值必然比实际温度低，至于低多少℃？准确的回答应该是低一个等于 环境温度t0的数值。 例如：在测试室进行试验，把热电偶测量端放置于800℃的恒定温场中 （相当于t =800℃），测得室温为20℃（相当于t0 =20℃），此时测得的 毫伏值换算成温度只有780℃. 上例恰好说明了我们今后在使用中要采取措施进行温度补偿的原因。
（3）跨导型
将输入电压转换成输出电流，输出回路等效成由输入电压ui控制的电 流源io，io=Aiuui。Aiu的量纲为西门子。它的输出电流与输入电压之比， 称为跨导开环放大倍数，常用gm表示。LM3080、F3080属于这种产品。 实际中信号源为电压源，而要求输出为电流源时，使用跨导型运放效果 好。
11.转换速率SR
SR=∣duo/dt∣max，表示集成运放对信号变化速度的适应能力，是衡量 运放在打幅值信号作用时工作速度的参数，常用每微秒输出电压变化多少 来表示。当输入信号变化斜率的绝对值小于SR时，输出电压才能按线性规 律变化。信号幅度越大、频率越高，要求集成运放的SR也就越大。该参数 越大越好。
（4）互阻型
将输入电流转换成输出电压，输出回路等效成由输入电流ii控制的电压源， uo=Auiii，Aui的量纲为欧姆，常用rm表示，称其为互阻开环放大倍数。 AD8009、AD8011属于这种产品。实际中当信号源为电流源，而要求输出为 电压源时，使用互阻型运放效果好。
2.按可控性分类
（1）可变增益运放
温区的温度测量,一般温度区间：200℃～650℃.一般Pt100使用较多。
4、半导体热敏电阻
热敏电阻器是敏感元件的一类，按照 温度系数不同分为正温度系数热敏电阻 器（PTC）和负温度系数热敏电阻器 （NTC）。热敏电阻器的典型特点是对 温度敏感，不同的温度下表现出不同的 电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC） 在温度越高时电阻值越大，负温度系数 热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻 值越低，它们同属于半导体器件。
7.最大差模输入电压UIDmax或UIDM
当集成运放所加差模信号达到一定程度时，输入级至少有一个PN结承 受反向电压，UIDmax是不至于PN使结反向击穿所允许的最大差模输入电压。 当输入电压大于此值时，输入级将损坏。该参数越大越好。
如μA741的UIDmax=±30V， CF324的UIDmax= ±32V, LM358的 UIDmax=32V。
（2）电流放大型（又称诺顿运放）
电流放大型运放是新产品。我们通常所说的运放是指电压 放大型，即无论是采用单端输入还是双端输入，其实都是同相输入端和反 相输入端的信号电压之差作为运放的真实输入信号。而电流放大型运放是 将两输入端的电流之差作为输入信号，运放将其放大。其输出回路等效成 由输入电流ii控制的电流源，io=Aiii。当信号源为电流源时，使用电流型运 放效果好。 F3401、LM3900、F1900属于这种产品。 电流型运放的电路符号为：
U IO
UO u i 0 A od
UIO越小，表明电路的参数对称性越好。对于有外接调零电位器的 运放，可以通过改变电位器的滑动端位置使得零输入时输出为零。该 参数越小越好。 dUIO/dT是UIO的温度系数，是衡量运放温漂的重要参数，其值越 小，表明运放的温漂越小。该参数越小越好。 如μA741的UIO=(2~10)mV, CF324的UIO=2mV, LM358的UIO=2mV。
（2）选通控制运放
此类运放的输入为多通道，输出为一个通道。在选通控制
端输入逻辑控制信号确定对哪个输入通道的信号进行放大。
如OPA676属于此类产品。 也有单通道选通控制的产品，即控制端为指定电平时运放工作，否则 不工作。
Δu o Aod 20lg Δ(u u )
常用单位分贝（dB）。如μA741（单运放）的Aod=100~106dB， CF324（四运放）的Aod=100，LM358（两运放）的Aod=100dB等。该参 数越大越好。
2.共模抑制比KCMR
共模抑制比等于差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值，即 KCMR=∣Aod/Aoc∣，也常用分贝表示，其数值为20lgKCMR。 如μA741的KCMR=80~90（dB）, CF324的KCMR=70 （dB）, LM358的KCMR=85 （dB）等。该参数越大越好。
可变增益性运放有两类，一类由外接的控制电压uc来调整开环差模增益 Aod，称为电压控制增益的运放。如VCA601 属于此类产品。当uc从0逐渐变 为-2V时，Aod从-40dB变为+40dB，中间连续可调。另一类是利用数字编码 信号来控制开环增益Aod，这类产品是模拟电路与数字电路的混合集成电路， 具有较强的编码功能。如AD526属于此类产品。
料TO-92封装。管脚封装如右图：
LM35测温系统构成
6、数字式温度传感器
数字式温度传感器是把温度传感器、外围电路、
A/D转换器、微控制器和接口电路集成到一个芯片