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缓冲器曲线
移除10kΩ负载,代之以1kΩ电阻。记录幅度。现在移动引脚3和2.5V之间的1kΩ负载,使其与4.7kΩ电阻并联。记录输出幅度如何变化。你能预测新的输出幅度吗?
简单放大器配置
反相放大器:
图5所示为常规反相放大器配置,输出端有10 kΩ负载电阻。
Figure 5. Inverting amplifier configuration.
图5. 反相放大器配置
现在使用R2=4.7kΩ组装图5所示的反相放大器电路。组装新电路之前,请记住断开电源。根据需要切割和弯曲电阻引线,使其平放在电路板表面,并为每个连接使用短的跳线(如图1所示)。记住,试验板有很大的灵活性。例如,电阻R2的引线不一定要将运算放大器从引脚2桥接到引脚6;你可以使用中间节 点和跳线来绕过该器件。
重新连接电源并观察电流消耗,确保没有意外短路。现在将波形发生器调整为500 Hz正弦波,设置为2.1 V小值和2.9 V大值(0.8 V p-p,以2.5 V为中心),并再次在示波器上显示输入和输出。测量和记录此电路的电压增益,并与课堂上讨论的原理进行比较。导出输入/输出波形图,并将其包含在实验报告中。
图形实例如图6所示
Figure 6. Inverting amplifier plot.
图6. 反相放大器曲线
趁此机会说一下电路调试。在课堂中的某个时候,你可能无法让电路工作。这并不意外,没有人是的。但是,你不应简单地认为电路不工作必定意味着器件或实验仪器有故障。这基本上不是事实,99%的电路问题都是简单的接线或电源错误。即便是经验丰富的也会不时出错,因此,学会如何调试电问题是学习过程中非常重要的一部分。为你诊断错误不是助教的责任,如果你以这种方式依赖其他人,那么你就**了实验的一个关键点,你将不大可能在以后的课程中**成功。除非你的运算放大器冒烟,电阻上出现了棕色痕迹,或者电容发生爆炸,否则你的元器件很可能没问题。事实上,大多数器件在发生重大损伤之前都能容忍一定程度的滥用。当事情不妙时,好的办法就是断开电源并寻找一个简单的解释,而不要急着责怪器件或设备。在这方面,DMM可是一件十分有**的调试工具。
输出饱和:
现在将图5中的反馈电阻R2从4.7kΩ更改为10kΩ。现在的增益是多少?将输入信号的幅度缓慢增加至2V,仍然以2.5V为中心,并将波形导出到实验室笔记本电脑中。任何运算放大器的输出电压终都会受电源电压的限制,而在很多情况下,由于电路中存在内部电压降,实际限制要远小于电源电压。根据你的以上测量结果量化AD8541的内部压降。如果你有时间,可尝试用OP97或OP27放大器替换AD8541,并比较它能产生的小和大输出电压。.
求和放大器电路:
ADI公司近推出ADSP-CM40x系列混合信号嵌入式控制 器,不仅大幅提升了处理器性能,而且降低了价格,使得 以前采用性能受限的处理器和微控制器的电机控制应用也 能享用DSP水平的性能。借助这种处理性能,电机系统设 计人员可以利用较的算法实现较强的系统功能和较高 精度,判定转轴位置和速度,这样系统就*位置和 速度传感器。
用于加速算法处理的闪存,二者均有利于减少片外器件并 降低系统整体成本。这些处理器提供性能与片内集成度的 佳融合,使得设计人员能够实现许多系统级设计目标, 例如:实时处理更多数据,延时较短,将处理任务集中于 单个处理器进行,以及较灵活地优化系统接口和控制能力。
如今,新技术正在推动电机系统能力实现范式转换,设计 拓扑结构与处理器特性平衡则可实现较高的整体系统性能 和效率。高性能处理器/DSP支持运用现代控制理论完 成系统建模,从而确保所有实时电机系统都能实现* 佳电源和控制效率。无传感器矢量控制的广泛应用势在必 行,必将加速**提高工业设备能效和性能的进程。
断开电源后,修改反相放大器电路,如图7所示。重新连接电源,然后使用数字输出控件填写以下两个表格。在个表格中,记录每个数字输出的低电压和高电压。在高阻模式下使用CB-H示波器输入来完成此任务。在*二个表格中,记录PIO 0、PIO 1、PIO 2、PIO 3的所有16种1和0组合的输出电压。你还应确 认,当所有四位悬空或处于高阻(X)状态时,输出电压确实为2.5 V。
表1. 低电压和高电压
数字引脚 低电压 高电压
PIO 0
PIO 1
PIO 2
PIO 3
表2. 输出电压
数字位 输出电压
P3, P2, P1, P0
0000
0001
0010
0011
0100
使用电阻值计算每个输入组合的预期输出电压,并与测量值进行比较。
同相放大器:
同相放大器配置如图8所示。与单位增益缓冲器一样,此电路具有(通常)较好的高输入电阻特性,因此它可用于缓冲增益大于1的非理想信号源。
Figure 8. Noninverting amplifier with gain.
图8. 具有增益的同相放大器
若应用要求采用反激式电路以提供**乎寻常的快速瞬态 响应,则可以利用推挽式拓扑配合隔离式误差放大器实 现。推挽式电路如图5所示。图中,两个MOSFET交替 开关,对变压器的两个初级绕组充电,然后两个带二较 管的次级绕组导通,并对输出滤波器电感和电容充电。 推挽拓扑经补偿后较为稳定,并具有快得多的开关频率 和较快的环路响应。与反激式电路相同的隔离式 DC-DC设计示例(5 V输入到5 V输出,1.0 A输出电流)现 用于采用ADuM3190隔离式误差放大器的推挽式电路 中。相比较慢的200 kHz典型反激式设计,推挽式设计具 有1.0 MHz开关频率;因此,与一款光耦合器相比,带宽 较高的ADuM3190显然是较佳选择。输出滤波器电容从 200 μF(典型反激式)下降至仅27 μF(推挽式),并增加了一 个小型47 μH电感。图6中的波形显示100 mA至900 mA负 载阶跃条件下,集成隔离式误差放大器的推挽式电路响 应时间仅为100 μs,相比典型反激式拓扑的400 μs,速度 提升了4倍。推挽式电路输出电压的改变幅度仅为200 mV, 相比反激式电路的400 mV,其改变幅度减少了一半。使 用速度较快的推挽式拓扑和带宽较高的隔离式误差放大 器,可获得较快的瞬态响应高性能以及较小的输出滤波 器尺寸。
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