儀表分析方法

1、從儀表整體結(jié)構(gòu)上看，模擬式控制儀表有兩種構(gòu)成形式：從儀表整體結(jié)構(gòu)上看，模擬式控制儀表有兩種構(gòu)成形式：1.1.儀表整機(jī)采用單個放大器，儀表整機(jī)采用單個放大器， 其放大器可由若干級放大電路或不同的放大器串其放大器可由若干級放大電路或不同的放大器串聯(lián)而成。聯(lián)而成。 屬于這一類的儀表有：屬于這一類的儀表有：DDZ-IIDDZ-II型儀表型儀表 大部分的變送器大部分的變送器 氣動儀表等。氣動儀表等。2.2.整機(jī)由數(shù)目不等的運算放大器電路以不同形式整機(jī)由數(shù)目不等的運算放大器電路以不同形式（主要是串聯(lián)形式）組裝而成。（主要是串聯(lián)形式）組裝而成。 采用運算放大器的儀表都屬于這一類構(gòu)成形式采用運算放大器的儀表都

2、屬于這一類構(gòu)成形式 如：如：DDZ-IIIDDZ-III型系列型系列 I I系列系列 EKEK系列儀表等。系列儀表等。 fiKKKKxy1采用單個放大器的儀表一般有如下的結(jié)構(gòu)：輸入部分、放大器和反饋部分。采用單個放大器的儀表一般有如下的結(jié)構(gòu)：輸入部分、放大器和反饋部分。KiKKf+ zi zfxy輸入部輸入部分分放大器放大器反饋部反饋部分分ifKyxK. .在滿足在滿足的條件時，儀表的輸出與輸入關(guān)系僅取決于輸入部分的特性的條件時，儀表的輸出與輸入關(guān)系僅取決于輸入部分的特性和反饋部分的特性；和反饋部分的特性；2. 2. 在滿足在滿足的條件時，放大器的凈輸入的條件時，放大器的凈輸入e e趨向于零（

3、趨向于零（ e e 0 0）。）。采用單個放大器的采用單個放大器的儀表分析方法：儀表分析方法： 1 1、將儀表劃分為輸入部分、放大器和反饋部分；、將儀表劃分為輸入部分、放大器和反饋部分； 2 2、對各個部分分析，重點是輸入部分和反饋部分；、對各個部分分析，重點是輸入部分和反饋部分； 3 3、求出整機(jī)輸出與輸入之間的關(guān)系，得整機(jī)特性。、求出整機(jī)輸出與輸入之間的關(guān)系，得整機(jī)特性。 比較環(huán)節(jié)的確定可以從放大器的輸入端即比較環(huán)節(jié)的確定可以從放大器的輸入端即e e所加位置著手；所加位置著手；取樣環(huán)節(jié)的確定可以從儀表的輸出信號回路著手取樣環(huán)節(jié)的確定可以從儀表的輸出信號回路著手 。這類儀表的線路是由這類儀表

4、的線路是由。由于每一個由于每一個運算放大器電路的輸出電阻很小，而輸入電阻又都足運算放大器電路的輸出電阻很小，而輸入電阻又都足夠大，這樣，前、后級運算放大器電路之間相互影響夠大，這樣，前、后級運算放大器電路之間相互影響很小。很小。分析這類儀表時，分析這類儀表時，。UTUF輸入端(+、-)：+端為同相輸入端 -端為反相輸入端 UT 為同相端對地的電壓 UF 為反相端對地的電壓Ud電壓差Ud 從同相端到反相端Uo輸出端：Uo 為輸出端對地的電壓(輸出電壓)U+U電源端（U 、U- ）分析線路時往往把運算放大器看成是。222dcFTFTFUUUUUUU-222dcFTFTTUUUUUUU-Uc為共模輸

5、入電壓Ud為差模輸入電壓任何一個運算放大器，其允許承受的Uc和Ud都有一定的限制，制造廠規(guī)定了運算放大器的最大差模輸入電壓(又稱差模輸入范圍差模輸入范圍) )和最大共模輸入電壓(又稱共模輸入范圍共模輸入范圍)。運算放大器的輸出電壓和電流也都有一定的限制，最大輸出電壓一般比電源電壓低12V,最大輸出電流一般為5mA或10mA，在儀表電路中需要輸出大電流時，往往采用三極管進(jìn)行電流放大。+KoRoRiUFUTIbFIbTUdUo輸入電阻：Ri Ri輸出電阻：Ro Ro0開環(huán)增益：Ko Ko失調(diào)、漂移為零1.差模輸入為0：UTUF（Ud0）2.輸入端電流為0：IbF0，IbT0= 0UFUTUoUiR

6、1R2R3UT = ?UT = 0UF = ?211212FiORRUUURRRR12RRUUio-1輸出電壓與輸入電壓成正比，其比例系數(shù)為R2/R1；2輸出與輸入極性相反；3反相端不接地，但UF =0，故稱反相端為“虛地”；4輸入回路電流Ii，全部流經(jīng)反饋回路，即If = IiIiIf= UiUT = ?UT = UiUF = ?112FORUURR211oiURUR UFUTUoUiR1R2R31輸出電壓與輸入電壓成正比，其比例系數(shù)為（1+R2/R1）；2輸出與輸入極性相同；3同相端和反相端存在共模電壓UC =Ui ；。 UT = ?UF = ?212112FiFORUURRRURR221

7、1()oiTiFidRRUUUURR-1在滿足R1 /R3= R2 /R4 電阻匹配條件時，差動輸入放大器電路的輸出電壓僅僅取決于兩個輸入電壓之差Uid = UiT -UiF ，即這種電路只放大差動信號，不放大共模信號，且與差動信號Uid 成正比，比例系數(shù)為R2/R1。輸出電壓與差動信號極性相同。 在儀表線路中，往往取得R1=R3、R2=R4，形成所謂對稱差動運放電路。2運算放大器輸入端存在共模電壓 UFUTUoUiTR1R2R3UiFR4 IbT =0434TiTRUURR IbF =0UT =UFR1 /R3= R2 /R4UoUiU0 = Ui 特點：輸入電阻高 輸出電阻低 它在儀表電路

8、應(yīng)用中，起隔離作用12RRUUio-211oiURUR 21ooiTiFidUURUUUR-運算放大器需要電源，通常有2種供電方式：單電源供電和雙電源供電UoUTUFE= Ep +EoUoUTUFEp En出于儀表總體設(shè)計的需要、便于儀表的安裝以及變送器采用二線制等原因，在儀表線路中，一般都采用單電源供電，即由一組+24V電源供電。運算放大器不論采用單電源供電還是雙電源供電，都必須滿足以下條件：UoUTUFUU0V24V19V2V12V12V7V10V0V24V23V1V12V12V11V11V共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍輸出電壓范圍輸出電壓范圍DDZ-III型等系列儀表的信號范圍為15V

9、，在24V單電源供電時，顯然不能滿足共模輸入范圍的要求。UoUTUFE= Ep +EoEp En為此，在儀表的電路中，采用電平移動的方法，即另加電平移動電源UB ，以便使UT 和UF 進(jìn)入共模輸入范圍以內(nèi)。 另加電平移動電源UB 之后，運算放大器電路在單電源供電時以UB 為基準(zhǔn)的運算關(guān)系，跟雙電供電時以地（0V）為基準(zhǔn)的運算關(guān)系，在形式上完全相同。在DDZ-III型儀表及其它系列儀表中，所有接收儀表的輸入電路均采用這種形式的電路。分析方法 采用運算放大器的儀表分析方法是把整個儀表線路分成一個個運算放大器電路單獨地進(jìn)行分析，最后再綜合得到整機(jī)的特性。因此，采用運算放大器的儀表線路分析的基礎(chǔ)是單個

10、運算放大器電路的分析。 單個運算放大器電路的分析方法通常有如下兩種： 利用基本運算放大器電路的關(guān)系式 特點：基本概念明確 物理意義清楚 要點：熟練靈活掌握基本運算放大器電路的關(guān)系式熟練靈活掌握基本運算放大器電路的關(guān)系式，就能很容易看出運算放大器電路的運算關(guān)系，并能很快地了解整個儀表的特性。當(dāng)然，儀表中的實際電路，有時可能是兩種基本電路的合成，或者輸入回路電阻和反饋回路電阻包含有電容等非純阻性元件。 這時可以采用疊加法、等效電源定理、Y變換、阻抗變換法等方法進(jìn)行處理，將這些比較復(fù)雜的運算放大器電路轉(zhuǎn)化為基本電路。利用理想運算放大器輸入端的兩個特征 理想運算放大器輸入端的兩個特征： （1）差模輸入

11、電壓等于零，即Ud=0或UT=UF； （2）輸入端輸入電流等于零，即IbT=0，IbF=0。 這兩個特征是分析運算器放大電路輸入輸出關(guān)系的出發(fā)點 關(guān)鍵：求得運算放大器兩個輸入端的電位UT和UF 根據(jù)電路具體結(jié)構(gòu)，找出輸入、輸出信號與UT、UF之間的關(guān)系，然后依據(jù)UT=UF，求出輸出與輸入之間的關(guān)系。方法：斷開反饋又保證等效，把原電路轉(zhuǎn)化為一個沒有反饋的開環(huán)等效電路。三、儀表的分析步驟 對于一只儀表，可以采用由整體到局部的方法分析，即首先對儀表作總體概貌性了解，然后將儀表劃分成幾個部分，再對各劃分部分逐一進(jìn)行分析，最后綜合出整機(jī)的特性。其具體步驟可以如下： 目的：目的：了解各部分的結(jié)構(gòu)、作用、特點、輸出與輸入的關(guān)系， 直至每一個元部件的作用。在