1、第七章第七章 控制放大器控制放大器 1.電源變換電源變換2.運算放大器運算放大器3.信號的放大和處理信號的放大和處理4.控制信號電路控制信號電路 5.測量放大電路測量放大電路 6.功率放大器功率放大器概述概述控制放大器控制放大器是電液控制系統的重要組成部分，它必須是電液控制系統的重要組成部分，它必須與與電一機械轉換器相匹配電一機械轉換器相匹配，并具有各種附加電子線路或校并具有各種附加電子線路或校正網絡以改善電液控制元件或系統的穩態和動態特性正網絡以改善電液控制元件或系統的穩態和動態特性?；締卧ǎ夯締卧ǎ嚎刂菩盘柕纳煽刂菩盘柕纳尚盘柕奶幚硇盘柕奶幚砬爸梅糯蠹壡爸梅糯蠹壒β史糯蠹壒?/p>

2、率放大級測量放大級測量放大級反饋校正電路反饋校正電路顫振信號發生器顫振信號發生器其他功能電路電源其他功能電路電源典型的控制放大器系統結構典型的控制放大器系統結構控制放大器多為直流放大電路：控制放大器多為直流放大電路：各級放大器要求電源提供各種直流工作電壓，所以，控各級放大器要求電源提供各種直流工作電壓，所以，控制放大器必須參照基準電壓設置一個電源變換單元。當電網電壓和負裁電流及環境溫度在允許范圍內制放大器必須參照基準電壓設置一個電源變換單元。當電網電壓和負裁電流及環境溫度在允許范圍內變化時，它應提供適合放大器技術要求的穩定電壓。變化時，它應提供適合放大器技術要求的穩定電壓。整流電路整流電路 ：

3、 橋式整流電路橋式整流電路在同在同樣的交流電壓作用下所得的樣的交流電壓作用下所得的整整流輸出電壓有效值較高流輸出電壓有效值較高，脈動脈動系數較低系數較低每個整流元件所承受每個整流元件所承受的反向峰值電壓也較全波整流的反向峰值電壓也較全波整流為低，為低，所以應用尤為普遍所以應用尤為普遍。但是但是，橋式整流電路輸出電壓，橋式整流電路輸出電壓的的脈動系數約為脈動系數約為0.667，仍不特，仍不特合控制放大器的工作要求，合控制放大器的工作要求，必必須采用濾波電路須采用濾波電路。典型電源變換器的電路組成包括：典型電源變換器的電路組成包括：變壓器、整流及濾波、穩壓及過載保護等基變壓器、整流及濾波、穩壓及過

4、載保護等基本電路。本電路?？刂品糯笃骺刂品糯笃髡麟娐氛麟娐?： 橋式整流電路在同樣的交流電壓作用下所得的整流輸出電壓有效值較高，脈動系數橋式整流電路在同樣的交流電壓作用下所得的整流輸出電壓有效值較高，脈動系數較低每個整流元件所承受的反向峰值電壓也較全波整流為低，所以應用尤為普遍。但是，橋式整流較低每個整流元件所承受的反向峰值電壓也較全波整流為低，所以應用尤為普遍。但是，橋式整流電路輸出電壓的脈動系數約為電路輸出電壓的脈動系數約為0.667，仍不特合控制放大器的工作要求，必須采用濾波電路，仍不特合控制放大器的工作要求，必須采用濾波電路。穩壓管穩壓電路是利用穩壓二極管反向擊穿時所具有的伏安特性

5、來實現穩壓。為了擴展穩壓穩壓管穩壓電路是利用穩壓二極管反向擊穿時所具有的伏安特性來實現穩壓。為了擴展穩壓電路負載電流變化的適應范圍，并電路負載電流變化的適應范圍，并能隨意調節輸出電壓的穩定位，通常利用射極輸出跟隨器，能隨意調節輸出電壓的穩定位，通常利用射極輸出跟隨器，并增加放大環節并增加放大環節。穩壓電路：穩壓電路： 整流及濾波電整流及濾波電路完成交流至直流的電源路完成交流至直流的電源變換，但輸出電壓仍受負變換，但輸出電壓仍受負載和電網電壓波動的干擾。載和電網電壓波動的干擾。不能滿足控制放大器特別不能滿足控制放大器特別是測量放大器對電源的技是測量放大器對電源的技術要求，往往要增加穩壓術要求，往

6、往要增加穩壓電路。電路。在控制放大器中，運算放大器用于信號放大、阻抗變換以及進行各種信號處理在控制放大器中，運算放大器用于信號放大、阻抗變換以及進行各種信號處理運算放大器常由多級差動放大器組成運算放大器常由多級差動放大器組成。圖。圖a所示差動放大器包括一對性能相同的所示差動放大器包括一對性能相同的晶體三極管晶體三極管T1和和T2：和：和72、集電極電阻只、集電極電阻只RC1和和RC2及共用射極電阻及共用射極電阻Re。當輸入兩管。當輸入兩管的基極電壓相等時，由于兩集電極電流相等，電阻的基極電壓相等時，由于兩集電極電流相等，電阻R1和和R2壓降相等，故作為輸出信壓降相等，故作為輸出信號電壓的兩管集

7、電極之間的壓差為零號電壓的兩管集電極之間的壓差為零這種對兩輸入端加以相同信號的輸入方式稱這種對兩輸入端加以相同信號的輸入方式稱為共模輸入為共模輸入。-主要作用：抑制零點漂移主要作用：抑制零點漂移差動放大器主差動放大器主要作用：要作用：抑制抑制零點漂移零點漂移差動放大器的特點：差動放大器的特點：靜態工作點穩定，對共模信號有很強的抑制能力，它唯靜態工作點穩定，對共模信號有很強的抑制能力，它唯獨對輸入信號的差（差模信號）做出響應，集成運算放大器幾乎都采用差動獨對輸入信號的差（差模信號）做出響應，集成運算放大器幾乎都采用差動放大器作為輸入級。放大器作為輸入級。在控制放大器中，運算放大器用于信號放大、阻

8、抗變換以及進行各種信號處理在控制放大器中，運算放大器用于信號放大、阻抗變換以及進行各種信號處理運算放大器常由多級差動放大器組成。當輸入兩管的基極電壓相等時，由于兩集電極電流相等運算放大器常由多級差動放大器組成。當輸入兩管的基極電壓相等時，由于兩集電極電流相等，電阻，電阻R1和和R2壓降相等，故作為輸出信號電壓的的兩管集電極之間的壓差為零。壓降相等，故作為輸出信號電壓的的兩管集電極之間的壓差為零。這種對兩輸入這種對兩輸入端加以相同信號的輸入方式稱為共模輸入端加以相同信號的輸入方式稱為共模輸入。運算電路是集成運算放大器的基本應用電路，它是集成運放的線性運算電路是集成運算放大器的基本應用電路，它是集

9、成運放的線性應用。應用。討論的是模擬信號的加法、減法、積分和微分、對數和反對討論的是模擬信號的加法、減法、積分和微分、對數和反對數（指數）、以及乘法和除法運算數（指數）、以及乘法和除法運算。一、加減法電路一、加減法電路 1. 反相輸入求和電路反相輸入求和電路 在在反相比例運算電路反相比例運算電路的基礎上，增加一個的基礎上，增加一個輸入支路輸入支路，就構成了反相輸入求和電，就構成了反相輸入求和電路，兩個輸入信號電壓產生的電流都流向路，兩個輸入信號電壓產生的電流都流向Rf ，所以輸出是，所以輸出是兩輸入信號的比例和兩輸入信號的比例和：運算放大器運算放大器負反饋電路負反饋電路2.同相輸入求和電路同相

10、輸入求和電路在同相比例運算電路的基礎上，增加一個輸入支路，就構成了同相輸入求和電路：在同相比例運算電路的基礎上，增加一個輸入支路，就構成了同相輸入求和電路：因運放具有虛斷的特性，對運放同相輸入端的電位可用疊加原理求得因運放具有虛斷的特性，對運放同相輸入端的電位可用疊加原理求得:而而 當當 同相輸入求和同相輸入求和 3.雙端輸入求和電路雙端輸入求和電路 雙端輸入也稱差動輸入，雙端輸入求和運算電路如圖雙端輸入也稱差動輸入，雙端輸入求和運算電路如圖8.1.3所示：所示：其輸出電壓表達式的推導方法與同相輸入運算電路相似。當其輸出電壓表達式的推導方法與同相輸入運算電路相似。當vi1=vi2 =0時，用疊

11、加原理分別時，用疊加原理分別求出求出vi3=0和和vi4 =0時的輸出電壓時的輸出電壓vop。當。當vi3 = vi4 =0時，分別求出時，分別求出vi1=0，和，和vi2 =0時的時的von。 二、積分和微分運算電路二、積分和微分運算電路1.積分運算電路積分運算電路 積分運算電路的分析方法與求和電路差不多，積分運算電路的分析方法與求和電路差不多，反相積分運算電路反相積分運算電路如圖：如圖：，于是根據虛地有Rvii tvRCtiCvvd1d1iCCOtRCVtvRCvvIiCOd1當輸入信號是階躍直流電壓當輸入信號是階躍直流電壓VI時，即：時，即： 二、積分和微分運算電路二、積分和微分運算電路

12、1.微分運算電路微分運算電路 tvRCtvRCRiRivdd dd ICCRO顯然 數數/模和模數轉換電路模和模數轉換電路 控制放大器與計算機相聯接必須使用控制放大器與計算機相聯接必須使用DA和和AD轉換器。轉換器。 一、阻抗變換器一、阻抗變換器 在控制放大器中，往往附帶有測量放大電路。測量放大電路應與傳感器的在控制放大器中，往往附帶有測量放大電路。測量放大電路應與傳感器的工作原理相適應。對電位器式位移或轉角傳感工作原理相適應。對電位器式位移或轉角傳感6，為減小前述負載效應對其線，為減小前述負載效應對其線性度的影咱，應利用一個阻抗變換器即電壓跟隨電路：性度的影咱，應利用一個阻抗變換器即電壓跟隨

13、電路： 二、電荷放大二、電荷放大器器 電荷放大器是與壓電式傳感器相匹配的前置放大電路。它能將高內阻的電荷電荷放大器是與壓電式傳感器相匹配的前置放大電路。它能將高內阻的電荷信號源轉換為低內阻的電壓源使輸出電壓正比于輸入電荷，因此，電荷放信號源轉換為低內阻的電壓源使輸出電壓正比于輸入電荷，因此，電荷放大器同樣起著阻抗交換作用。大器同樣起著阻抗交換作用。 三、電橋測量信號的直流放大電路三、電橋測量信號的直流放大電路 許多傳感器是根據電橋原理工作的，按照激勵電壓的性質，可分為直流電橋許多傳感器是根據電橋原理工作的，按照激勵電壓的性質，可分為直流電橋和相交流電橋兩種。直流電橋的平衡電路比較簡單，對信號傳

14、輸線路的要求也和相交流電橋兩種。直流電橋的平衡電路比較簡單，對信號傳輸線路的要求也較低。但性能易受元件溫漂和按地電位的影響。但是，電橋輸出電壓的額定值較低。但性能易受元件溫漂和按地電位的影響。但是，電橋輸出電壓的額定值一放僅在激勵電壓的一放僅在激勵電壓的1%以以下下，即幾個毫伏，因此必須通過一差動式直流電壓，即幾個毫伏，因此必須通過一差動式直流電壓放大電路，其輸出信號電壓的額定值達到足夠的數值，例如放大電路，其輸出信號電壓的額定值達到足夠的數值，例如5v或或10V。 功率放大器的負裁是伺服電機、力矩馬達、動圈式力馬達或直流比功率放大器的負裁是伺服電機、力矩馬達、動圈式力馬達或直流比例電磁鐵。功

15、率大級除了必須具有足夠的輸出功率外，還必須具有例電磁鐵。功率大級除了必須具有足夠的輸出功率外，還必須具有良好的穩態和動態特性。良好的穩態和動態特性。功率放大級和前置電壓放大級之間的藕合：功率放大級和前置電壓放大級之間的藕合：目前都趨向于無輸出變目前都趨向于無輸出變壓器的直接藕合方式。壓器的直接藕合方式。功率輸出級：功率輸出級：則采用由一對射極跟隨器組成的互補型放大器，其放則采用由一對射極跟隨器組成的互補型放大器，其放大失真較小，無輸出功耗較低。為實現過電流保護在負載回路中可大失真較小，無輸出功耗較低。為實現過電流保護在負載回路中可接入熔斷器。接入熔斷器。電一機械轉換器中，電一機械轉換器中，功率

16、放大級分為：功率放大級分為：電壓反饋型和電流反饋型。電壓反饋型和電流反饋型。直流伺服電機采用：直流伺服電機采用：電壓反饋型電壓反饋型動圈和動鐵式電一機械轉換器及直流比例電磁鐵采用動圈和動鐵式電一機械轉換器及直流比例電磁鐵采用：電流反饋型：電流反饋型 功率放大級分為：功率放大級分為：電壓反饋型和電流反饋型。電壓反饋型和電流反饋型。控制放大器的輸出電阻越小，直流伺服電機的快速性越好控制放大器的輸出電阻越小，直流伺服電機的快速性越好 功率放大級分為：功率放大級分為：電壓反饋型和電流反饋型。電壓反饋型和電流反饋型。2電流反饋型功率放大器電流反饋型功率放大器 對動圈式和動鐵式電一機械轉換駱，控制線圈的電感一般較大，如采對動圈式和動鐵式電一機械轉換駱，控制線圈的電感一般較大，如采用電壓反饋方式，其電氣時間常數變得不可忽用電壓反饋方式，其電氣時間常數變得不可忽略略，故往往采用電流反饋，故往往采用電流反饋，使