項(xiàng)目5 紅外線報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作

項(xiàng)目5紅外線報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目描述熱釋電紅外傳感器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物身體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。它可以做成主動(dòng)式和被動(dòng)式的傳感器，與各種電路配合，廣泛應(yīng)用于安全預(yù)防及控制自動(dòng)門(mén)、燈、水龍頭等場(chǎng)合。本項(xiàng)目使用SD02型熱釋電人體紅外傳感器組成放大檢測(cè)電路，制成紅外線報(bào)警器。報(bào)警器可監(jiān)視幾十米范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的人體，當(dāng)有人在該范圍內(nèi)走動(dòng)時(shí)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。任務(wù)5.1差分放大電路的組裝與測(cè)試【任務(wù)引入】差分放大電路又叫差動(dòng)放大電路，是另一類(lèi)基本放大器，它的輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓之差成正比，由此而得名。它不僅能放大直流信號(hào)，而且能有效地減小由于電源波動(dòng)和晶體管隨溫度變化而引起的零點(diǎn)漂移，因而獲得廣泛應(yīng)用，是組成集成運(yùn)算放大器的一種主要電路，常被用作多級(jí)放大電路的前置級(jí)。

電工電子產(chǎn)品制作與調(diào)試信號(hào)源第一級(jí)第二級(jí)負(fù)載

兩級(jí)阻容耦合放大電路

阻容耦合放大電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，頻率特性好，靜態(tài)工作點(diǎn)不互相影響，其應(yīng)用十分廣泛。但耦合電容對(duì)低頻信號(hào)衰減大，對(duì)緩慢變化的信號(hào)不能進(jìn)行耦合，同時(shí)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(wú)法應(yīng)用。為什么選用“差動(dòng)”的電路形式?差分放大電路的組裝與分析兩級(jí)直接耦合放大電路

直接耦合方式中信號(hào)不經(jīng)過(guò)電容，所以頻率特性較好，可以放大頻率很低的信號(hào)或直流信號(hào)，并便于集成，但靜態(tài)工作點(diǎn)不再互相獨(dú)立，而且會(huì)引起零點(diǎn)漂移。1、集成電路級(jí)與級(jí)之間采用直接耦合，而直接耦合電路必然會(huì)產(chǎn)生“零點(diǎn)漂移”。

零點(diǎn)漂移：當(dāng)輸入信號(hào)為0，由于電源波動(dòng)、溫度變化等原因，使工作點(diǎn)發(fā)生變化，使放大器輸出電壓偏離起始點(diǎn)做上下漂動(dòng)，成為零點(diǎn)漂移。如圖中，當(dāng)時(shí)，由于某種原因使，設(shè)，則這種緩慢變化的信號(hào)將淹沒(méi)有用的信號(hào)，這是不允許的。2、為了有效抑制零漂，輸入級(jí)必須采用差動(dòng)放大器。抑制零點(diǎn)漂移的工作原理

差動(dòng)電路最大特點(diǎn)是電路完全對(duì)稱(chēng)，其中T1、T2

兩管特性相同，元件參數(shù)之值相等。當(dāng)溫度變化時(shí)，對(duì)兩管的影響是一致的，相當(dāng)給兩管電路同時(shí)加入大小相等、極性相同的輸入信號(hào)，因此，當(dāng)電路特性完全對(duì)稱(chēng)的情況下，兩管的集電極電位始終相同，不會(huì)出現(xiàn)普通直接耦合放大器那樣的漂移電壓，這就是為什么差動(dòng)放大電路能夠抑制零點(diǎn)漂移的原因?；静顒?dòng)放大電路構(gòu)成原理

當(dāng)ui1=ui2=0時(shí)，當(dāng)溫度變化時(shí),電路的對(duì)稱(chēng)性越好,抑制零漂的作用越強(qiáng).共模輸入差模輸入比較輸入大小相等、極性相同的信號(hào)大小相等、極性相反的信號(hào)抑制共模信號(hào)能力的大小，反映對(duì)零點(diǎn)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(hào)差動(dòng)放大電路的信號(hào)輸入任務(wù)5.2集成運(yùn)算放大器的組成與調(diào)試【任務(wù)引入】集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱(chēng)為集成運(yùn)放。集成運(yùn)放最早應(yīng)用于信號(hào)的運(yùn)算，所以又稱(chēng)為運(yùn)算放大器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前集成運(yùn)放的應(yīng)用幾乎滲透到電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，除運(yùn)算外，還可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、變換、產(chǎn)生和測(cè)量，稱(chēng)為組成電子系統(tǒng)的基本功能單元。

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

特點(diǎn):是體積小，重量輕，性能好，功耗低，可靠性高。

5.2.1集成運(yùn)算放大器的認(rèn)識(shí)通常由差動(dòng)放大電路構(gòu)成，目的是為了減小放大電路的零點(diǎn)漂移、提高輸入阻抗。通常由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成，目的是為了獲得較高的電壓放大倍數(shù)。通常由互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路構(gòu)成，目的是為了減小輸出電阻，提高電路的帶負(fù)載能力。一般由各種恒流源電路構(gòu)成，作用是為上述各級(jí)電路提供穩(wěn)定、合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。最簡(jiǎn)單集成運(yùn)放

調(diào)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(yùn)放的主要參數(shù)(1)開(kāi)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(kāi)環(huán)：運(yùn)算放大器外部，兩個(gè)輸入和輸出之間沒(méi)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(hào)的能力，即抑制零點(diǎn)漂移的能力理想運(yùn)算放大器

將集成運(yùn)算放大器的一些參數(shù)近似理想化，得到理想運(yùn)算放大器的模型，有(1)開(kāi)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(wú)特殊說(shuō)明，今后我們分析的集成運(yùn)算放大器均為理想運(yùn)算放大器！1.理想集成運(yùn)算放大器主要條件＋－u-－u+uo國(guó)際符號(hào)：國(guó)內(nèi)符號(hào)：集成運(yùn)放的特點(diǎn)：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(yùn)算放大器的電壓傳輸特性開(kāi)環(huán)狀態(tài)下在線性區(qū)域內(nèi)特性曲線中的線性區(qū)很窄其他部分稱(chēng)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(dāng)Aod→∞時(shí)，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(yùn)算放大器：開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=∞差摸輸入電阻Rid=∞輸出電阻Ro=0(1)兩個(gè)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(yùn)算放大器的兩個(gè)重要結(jié)論在線性區(qū)由于為有限值，而為無(wú)窮大，因此故相當(dāng)于兩個(gè)輸入端短路（“虛短”）（“虛斷”）由于為無(wú)窮大，故相當(dāng)于兩個(gè)輸入端之間開(kāi)路(2)兩個(gè)輸入端電流近似為零3.2.4比例運(yùn)算1.反相比例運(yùn)算電路特點(diǎn)：運(yùn)算放大器工作在閉環(huán)狀態(tài)，即在運(yùn)放外部，輸出端與一個(gè)反相輸入端有物理連接。特點(diǎn)：

輸入信號(hào)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(diǎn)i1=if

（虛斷）因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷u+

=0

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

當(dāng)時(shí)，有，此時(shí)我們稱(chēng)該電路為反相器或反號(hào)器。例題1.

R1=10k

,Rf=20k,ui=-1V。求:uo

、Ri。說(shuō)明R0的作用，R0應(yīng)為多大？特點(diǎn)：共模輸入電壓=0（u－=u+=0）缺點(diǎn)：輸入電阻小（

Ri=R1）

R0為平衡電阻(使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等):R0=R1//Rf，輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)也為零。2.同相比例運(yùn)算特點(diǎn)：輸入信號(hào)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(yùn)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(yùn)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(dāng)有

該結(jié)論可推廣為多個(gè)輸入信號(hào)

電路如圖，已知