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)1. 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，對小于200Hz的交流輸入信 號的放大倍數(shù)，即輸出電壓與輸入差模電壓之比。它一般為因此它在電路分 析時(shí)可以認(rèn)為無窮大。2. 閉環(huán)增益人閉環(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WCP/JC13. 共模增益Ave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

2、為共 模增益Ave。共模抑制比Keme 泌機(jī)觀絕i ,通常以對數(shù)關(guān)系表示：Kcmr=20log趣囁縣薯業(yè)共模抑制比一般在80120Db國，它是衡量放大器對共模信號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中夾帶的共模干擾，而且因?yàn)樾盘枏耐?相端輸入時(shí)，其兩個(gè)輸入端將出現(xiàn)較大的共模信號而產(chǎn)生較大的運(yùn)算誤差。4. 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。它一般為土 （0. 215） mVo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。5. 輸入偏置電流在常溫（25C

3、）下輸入信號為零（兩個(gè)輸入端均接地）吋，兩個(gè)輸入端的基極偏置電流 的平均值稱為輸入僞置電流，即I IB= （ I 18 + I IB*）2它一般在10nA1uA的國，隨溫廈的升高而下降，是反映放大器動(dòng)態(tài)輸入電阻大小的重 要參數(shù)。6. 輸入失調(diào)電流ho輸入失調(diào)電流可表示為lio= I I 18I IB I在雙極晶體管輸入級運(yùn)算放大器中，ho約為(0.20. 1) lie-或(0201) I當(dāng)1.0 流過信號源阻時(shí)，產(chǎn)生輸入失調(diào)電壓。而且它也是溫度的函數(shù)。7. 差模輸入電阻Re在一般應(yīng)用電路中，輸入阻抗是指差模輸入電阻Re。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)10”Q

4、。8. 溫度漂移輸入失調(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廈漂移的主要原因。對于雙極 晶體管輸入級運(yùn)算放大器，輸入偏置電流隨溫度上升而變小，數(shù)量級為nA級。9. 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15V電源電壓下工作時(shí)，其輸出峰一峰電壓約為14V。它實(shí)際上隨電源電壓、 負(fù)栽電流和工作頻率的變化而變化。10. 最大輸出電流G運(yùn)算放大器在保持輸出峰一峰電壓的情況下所能提供的最大輸出電流用G表示，一般 約為 1020mAo11開環(huán)輸出電阻Ros運(yùn)

5、算放大器在開環(huán)狀態(tài)下，其輸出電壓變化董和輸出電流變化董之比稱為輸出電阻。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)董級。運(yùn)算放大器的基本單元1.加法器word版木.2.OPXMP1加法器減法器in幀czRFRI2VI2皿CPAM71MiW CZ滅法器Vo= (R/i + RF)(一一)VZ2 _ VZ1RI RI2 + RP RI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Vo= (V/2-V/1)RI3. 微分器Vi 47t輸入電壓4. 積分器CF積分匪Vi 丁7t0輸入電壓5. 線性整流電路(vt I I輸出電壓如果將電路中的兩個(gè)二極管同時(shí)反接，則

6、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,則輸入信號為正時(shí)，D2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。7.比較器1-陀0Vd琴電平比較器VT開環(huán)運(yùn)算放大器就是最基本的比較器。由于開環(huán)增益Avd很大，只要VIOVI-,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 鬲比較速度。| 砲 *3 器任育電平比較器任意電平比較器：它將輸入信號與某一非零給定電壓進(jìn)行比較。放大器接成加法器，給 定電壓和輸入信號分別從經(jīng)兩個(gè)輸入電阻輸入。忽略由輸入失調(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

7、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)，對于已知給定 電壓，便可以改變被檢測的輸入電壓值。8. 復(fù)合PI調(diào)節(jié)器電梯：對于電動(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)速增離而減小，在臨界轉(zhuǎn)差處達(dá)到眾小值，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 隨轉(zhuǎn)速的下降而減小。這就要求調(diào)節(jié)器必須滿足下述要求：對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)是決定性作 用的中頻段以-20dB/十倍頻程過零，且須有一定寬度，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性：裁止頻率 應(yīng)盡可能大一些，以提離系統(tǒng)的快速性：低頻端的增

8、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)増益的中頻段調(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)，離、中、低頻端的比例 增益分別為33、10=000、51：高、中.低頻段的積分時(shí)間常數(shù)分別為33ms、470ms、 2.4so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 比例增益和枳分時(shí)間常數(shù)，以適應(yīng)不同系統(tǒng)的要求.同時(shí)城少發(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

9、態(tài)，主要是鬲頻段是調(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)。9. 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)，可釆用多級串聯(lián)方式 反饋電阻：3KRf200K輸入電阻：Rr=Rf/Kc倘若考慮與祈級匹配選取較大的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)型及相放大器10. 改進(jìn)型及相放大器1E75Ui 也建型反坦敘走器Rf=Rf12+Rf1/(RrRf2)Kc=-Rf12/Rr+Rf1/(RrRf2)只要2Rf1

10、滿足上述國(3200K),并適當(dāng)選取Rf2,仍可使等效反饋電阻Rf較大。11. 直流同相放大器H用作阻抗匹配的運(yùn)算放大器參數(shù)選擇計(jì)算在伺服系統(tǒng)中，為了適應(yīng)不同信號源，要求運(yùn)算放大器有很商的輸入阻抗，釆用同相放 大器來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。Rx-EWCEc-l)Rp-R(RrRfRj)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)12PI (比例一積分)調(diào)節(jié)器繼榮 安俊 編箸Uc(S) -R2 (1+R2C$)UHS) TG-BR2Q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

11、性環(huán)節(jié)，其傳 遞函數(shù)將改變。13. PI (比例一積分)調(diào)節(jié)器py：tt例一積歷關(guān)鄰笏Uo(S)R2 l-frR2R3C$.CR2tR3)MS) TU- R2R3C$R2tR3)可見，調(diào)節(jié)R3的阻值，可以改變時(shí)間常數(shù)T仃二CR2R3/ (R2+R3)，而不影響比例系數(shù)。14. 反相型PD（比例一微分）調(diào)節(jié)器（常用作超前補(bǔ)償）反用型PD（比例一徳另丿訶廿場伶黒作曲琳補(bǔ)旬(1十R2E3C$R2*R3Uo(S) (E2R3)XS) = R1 1E7R15. 同相型PD（比例一微分）調(diào)節(jié)器（常用作超前補(bǔ)償）B1UL 回淚里PD（比倪F巧円竹路常用作總站孝僖Uo R1+R34-R4R3R4CSU） =

12、R1 小十 RI+R3+R4 ，16主回路晶閘管容量的選擇主回路電動(dòng)組釆用三相全波星性連接調(diào)壓電路，而制動(dòng)組釆用半控橋式整流電路。正確 地選擇晶閘管的額定電流（通態(tài)平均電流）和額定電壓在保證裝置可靠性運(yùn)行的前提下， 可以降低成本。此外.還必須對晶閘管釆取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，才能保證可靠運(yùn)行。1）電動(dòng)組甜閘管容童的選擇由于調(diào)壓電路在交流電動(dòng)機(jī)這種電阻一電感性負(fù)載下工作，負(fù)載上的電流有效值不 僅取決于控制角a,而且與負(fù)載阻抗角（p有關(guān)。同時(shí)控制角a不能小于負(fù)載阻抗角 （P,否則系統(tǒng)工作在不可控制狀態(tài)下。因?yàn)樵谌俣葒M(jìn)行調(diào)速，負(fù)載阻抗角（p和 功率因數(shù)也隨之改變，即cos（p為最小值吋電流有效值為最大。下

13、面按 YTTD225L-4/16-18. 5KW/3. 9KW交流調(diào)速電機(jī)參數(shù)計(jì)算選擇晶閘管的額定電流。（對于三相電阻一電感負(fù)載.，分析過程更加復(fù)雜。因?yàn)樵诳刂平莂大于阻抗角cp時(shí)， 電流波形是斷續(xù)的，并隨阻抗角的變化而變化。只有控制角a等于阻抗角（P時(shí)，導(dǎo) 電角等于180。，電流波形是連續(xù)的，但負(fù)載上所得的電壓是不可調(diào)的最大值。由 于晶閘管不是理想元件，它并不是在零電流時(shí)關(guān)斷，而是在一個(gè)很小的反電流下才 關(guān)斷，所以每隔60晶閘管關(guān)斷瞬間，儲存在負(fù)栽電路電感中的能董，將消耗在 由電感和用來限制晶閘管電壓變化率的阻容吸收回路中。因此引是電壓波形有缺口 與電流波形有振蕩現(xiàn)象。這種現(xiàn)象必然產(chǎn)生諧波電

14、流。） 根據(jù)式（4-6）,流過晶閘管的負(fù)載電流有效值為：Ikz=2I0IZ式中，I（fIM乙UF220V,關(guān)鍵是求出全速度圍Z的變化圍，從而求出最大負(fù)載電流有效值。根據(jù)式(4-5)計(jì)算機(jī)求解過程的分析，電機(jī)轉(zhuǎn)速在01380r/min之間變化時(shí)，可 求出轉(zhuǎn)差率S變化圍為1 0. 06,負(fù)載阻抗角q變化圍為49. 18 646 ,功率因 數(shù)cos(p變化圍為064099,電機(jī)毎相阻抗值Z變化圍為1.4010. 35Qo因此Io 變化圍為15721Ao對應(yīng)全導(dǎo)通時(shí)，丨詼為0.5,由此可見，無論在啟動(dòng)瞬間、加 速、滿速、減速運(yùn)行過程，流過晶閘管最大負(fù)載電流的有效值為157Ao此時(shí)對應(yīng) 全導(dǎo)通狀態(tài)，負(fù)載

15、電流為連續(xù)正弦波，流過每個(gè)甜閘管的電流為正弦半波，其電流 有效值為負(fù)載電流有效值的0.707。因此流過晶閘管最大電流有效值為1卿=157X0.707= 111 (A)對于正弦半波的電流波形，電流有效值和平均值的比值為1.57,那么晶閘管的通 態(tài)平均電流最大值為由于晶閘管過載能力較差，選擇容量時(shí)應(yīng)留有一定的安全裕量，因此選擇通態(tài)平均 電流為100A的晶閘管是合理的，其過載能力達(dá)14倍。晶閘管額定電壓味應(yīng)根據(jù)它實(shí)際承受的最大峰值電壓U“乘上(23)倍的安全裕量 來確定。Utn= (23) Um= (23) V2 X 220 = 622933 (V)因此選用晶閘管額定電壓為1200V,過載安全系數(shù)為3.86o2) 制動(dòng)組島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ri=1.44Q;每相轉(zhuǎn)子等效電阻1=1.297Q :每相短路電抗 Xk=4 7380。它與電動(dòng)繞紐分析相似