項目5 紅外線報警器的設計與制作

項目5紅外線報警器的設計與制作項目描述熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物身體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。它可以做成主動式和被動式的傳感器，與各種電路配合，廣泛應用于安全預防及控制自動門、燈、水龍頭等場合。本項目使用SD02型熱釋電人體紅外傳感器組成放大檢測電路，制成紅外線報警器。報警器可監(jiān)視幾十米范圍內運動的人體，當有人在該范圍內走動時，就會發(fā)出報警信號。任務5.1差分放大電路的組裝與測試【任務引入】差分放大電路又叫差動放大電路，是另一類基本放大器，它的輸出電壓與兩個輸入電壓之差成正比，由此而得名。它不僅能放大直流信號，而且能有效地減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化而引起的零點漂移，因而獲得廣泛應用，是組成集成運算放大器的一種主要電路，常被用作多級放大電路的前置級。

電工電子產品制作與調試信號源第一級第二級負載

兩級阻容耦合放大電路

阻容耦合放大電路結構簡單，成本低，頻率特性好，靜態(tài)工作點不互相影響，其應用十分廣泛。但耦合電容對低頻信號衰減大，對緩慢變化的信號不能進行耦合，同時在集成電路中難于制造大的電容，所以阻容耦合形式在集成電路中無法應用。為什么選用“差動”的電路形式?差分放大電路的組裝與分析兩級直接耦合放大電路

直接耦合方式中信號不經過電容，所以頻率特性較好，可以放大頻率很低的信號或直流信號，并便于集成，但靜態(tài)工作點不再互相獨立，而且會引起零點漂移。1、集成電路級與級之間采用直接耦合，而直接耦合電路必然會產生“零點漂移”。

零點漂移：當輸入信號為0，由于電源波動、溫度變化等原因，使工作點發(fā)生變化，使放大器輸出電壓偏離起始點做上下漂動，成為零點漂移。如圖中，當時，由于某種原因使，設，則這種緩慢變化的信號將淹沒有用的信號，這是不允許的。2、為了有效抑制零漂，輸入級必須采用差動放大器。抑制零點漂移的工作原理

差動電路最大特點是電路完全對稱，其中T1、T2

兩管特性相同，元件參數之值相等。當溫度變化時，對兩管的影響是一致的，相當給兩管電路同時加入大小相等、極性相同的輸入信號，因此，當電路特性完全對稱的情況下，兩管的集電極電位始終相同，不會出現普通直接耦合放大器那樣的漂移電壓，這就是為什么差動放大電路能夠抑制零點漂移的原因。基本差動放大電路構成原理

當ui1=ui2=0時，當溫度變化時,電路的對稱性越好,抑制零漂的作用越強.共模輸入差模輸入比較輸入大小相等、極性相同的信號大小相等、極性相反的信號抑制共模信號能力的大小，反映對零點漂移的抑制水平輸出電壓為兩管各自輸出電壓變化量的2倍大小、極性均任意的信號差動放大電路的信號輸入任務5.2集成運算放大器的組成與調試【任務引入】集成運算放大器簡稱為集成運放。集成運放最早應用于信號的運算，所以又稱為運算放大器。隨著電子技術的發(fā)展，目前集成運放的應用幾乎滲透到電子技術的各個領域，除運算外，還可以對信號進行處理、變換、產生和測量，稱為組成電子系統的基本功能單元。

電工電子產品制作與調試集成電路（IC）是20世紀60年代初期發(fā)展起來的一種新型電子器件。它是利用半導體工藝技術把整個電路的絕大部分元件以及相互之間的連線同時制作在一塊半導體芯片上，再用塑料封裝起來。

特點:是體積小，重量輕，性能好，功耗低，可靠性高。

5.2.1集成運算放大器的認識通常由差動放大電路構成，目的是為了減小放大電路的零點漂移、提高輸入阻抗。通常由共發(fā)射極放大電路構成，目的是為了獲得較高的電壓放大倍數。通常由互補對稱電路構成，目的是為了減小輸出電阻，提高電路的帶負載能力。一般由各種恒流源電路構成，作用是為上述各級電路提供穩(wěn)定、合適的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點。最簡單集成運放

調零端：1和5管腳輸入端：2和3管腳輸出端：6管腳電源端：4和7管腳集成運放的主要參數(1)開環(huán)差模電壓增益：(2)最大差模輸入電壓：(3)最大輸出電壓：(4)差模輸入電阻：(5)輸出電阻：(6)共模抑制比：開環(huán)：運算放大器外部，兩個輸入和輸出之間沒有任何連接。增益越大，放大器精度越高，工作越穩(wěn)定抑制共模信號的能力，即抑制零點漂移的能力理想運算放大器

將集成運算放大器的一些參數近似理想化，得到理想運算放大器的模型，有(1)開環(huán)差模電壓增益：(3)差模輸入電阻：(4)輸出電阻：(2)共模抑制比：注意：無特殊說明，今后我們分析的集成運算放大器均為理想運算放大器！1.理想集成運算放大器主要條件＋－u-－u+uo國際符號：國內符號：集成運放的特點：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小反相輸入端同相輸入端輸出端集成運算放大器的電壓傳輸特性開環(huán)狀態(tài)下在線性區(qū)域內特性曲線中的線性區(qū)很窄其他部分稱為飽和區(qū)(非線性區(qū))理想傳輸特性：Aod越大，線性區(qū)越小，當Aod→∞時，線性區(qū)→00uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)+10V-10V+Uom-Uom0uoui理想運算放大器：開環(huán)電壓放大倍數Aod=∞差摸輸入電阻Rid=∞輸出電阻Ro=0(1)兩個輸入端之間電壓近似為零5.工作在線性區(qū)域的理想集成運算放大器的兩個重要結論在線性區(qū)由于為有限值，而為無窮大，因此故相當于兩個輸入端短路（“虛短”）（“虛斷”）由于為無窮大，故相當于兩個輸入端之間開路(2)兩個輸入端電流近似為零3.2.4比例運算1.反相比例運算電路特點：運算放大器工作在閉環(huán)狀態(tài)，即在運放外部，輸出端與一個反相輸入端有物理連接。特點：

輸入信號接反相輸入端；反饋電阻接于輸出與反相輸入端之間；輸出電壓與輸入電壓反相。虛地點i1=if

（虛斷）因為有負反饋，利用虛短和虛斷u+

=0

u－=u+=0（虛地）電壓放大倍數:由式可知，在輸入一定的前提下，改變的比例關系，可以得到所需的輸出。特殊情況下

當時，有，此時我們稱該電路為反相器或反號器。例題1.

R1=10k

,Rf=20k,ui=-1V。求:uo

、Ri。說明R0的作用，R0應為多大？特點：共模輸入電壓=0（u－=u+=0）缺點：輸入電阻?。?/p>

Ri=R1）

R0為平衡電阻(使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等):R0=R1//Rf，輸入信號為零時，輸出信號也為零。2.同相比例運算特點：輸入信號接同相輸入端；反饋電阻接于輸出與反相輸入端之間；輸出電壓與輸入電壓同相。由“虛斷”及”虛短”由平衡電阻的概念有Au=1特例：電壓跟隨器此電路是同相比例運算的特殊情況，輸入電阻大，輸出電阻小。在電路中作用與分立元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。ui=u+=u-=uo利用虛短和虛斷：由“虛斷”及”虛短”由平衡電阻的概念有3.反相加法運算由圖可知反相輸入端虛地由KCL有由平衡電阻的概念有當有

該結論可推廣為多個輸入信號

電路如圖，已知