第7章控制放大器

1、第七章第七章 控制放大器控制放大器 1.电源变换电源变换2.运算放大器运算放大器3.信号的放大和处理信号的放大和处理4.控制信号电路控制信号电路 5.测量放大电路测量放大电路 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电液控制系统的重要组成部分，它必须是电液控制系统的重要组成部分，它必须与与电一机械转换器相匹配电一机械转换器相匹配，并具有各种附加电子线路或校并具有各种附加电子线路或校正网络以改善电液控制元件或系统的稳态和动态特性正网络以改善电液控制元件或系统的稳态和动态特性。返回子目录返回子目录基本单元包括：基本单元包括：控制信号的生成控制信号的生成信号的处理信号的处理前置放大级前

2、置放大级功率放大级功率放大级测量放大级测量放大级反馈校正电路反馈校正电路颤振信号发生器颤振信号发生器其他功能电路其他功能电路电源电源典型的控制放大器系统结构典型的控制放大器系统结构控制放大器多为直流放大电路：控制放大器多为直流放大电路：各级放大器要求电源提供各种直流工作电压，所以，控各级放大器要求电源提供各种直流工作电压，所以，控制放大器必须参照基准电压设置一个电源变换单元。当电网电压和负裁电流及环境温度在允许范围内制放大器必须参照基准电压设置一个电源变换单元。当电网电压和负裁电流及环境温度在允许范围内变化时，它应提供适合放大器技术要求的稳定电压。变化时，它应提供适合放大器技术要求的稳定电压。

3、整流电路整流电路 ： 桥式整流电路桥式整流电路在同在同样的交流电压作用下所得的样的交流电压作用下所得的整整流输出电压有效值较高流输出电压有效值较高，脉动脉动系数较低系数较低每个整流元件所承受每个整流元件所承受的反向峰值电压也较全波整流的反向峰值电压也较全波整流为低，为低，所以应用尤为普遍所以应用尤为普遍。但是但是，桥式整流电路输出电压，桥式整流电路输出电压的的脉动系数约为脉动系数约为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，必必须采用滤波电路须采用滤波电路。典型电源变换器的电路组成包括：典型电源变换器的电路组成包括：变压器、整流及滤波、稳压及过载保护等基变压器、

4、整流及滤波、稳压及过载保护等基本电路。本电路。控制放大器控制放大器整流电路整流电路 ： 桥式整流电路在同样的交流电压作用下所得的整流输出电压有效值较高，脉动系数桥式整流电路在同样的交流电压作用下所得的整流输出电压有效值较高，脉动系数较低每个整流元件所承受的反向峰值电压也较全波整流为低，所以应用尤为普遍。但是，桥式整流较低每个整流元件所承受的反向峰值电压也较全波整流为低，所以应用尤为普遍。但是，桥式整流电路输出电压的脉动系数约为电路输出电压的脉动系数约为0.667，仍不特合控制放大器的工作要求，必须采用滤波电路，仍不特合控制放大器的工作要求，必须采用滤波电路。稳压管稳压电路是利用稳压二极管反向击

5、穿时所具有的伏安特性来实现稳压。为了扩展稳压稳压管稳压电路是利用稳压二极管反向击穿时所具有的伏安特性来实现稳压。为了扩展稳压电路负载电流变化的适应范围，并电路负载电流变化的适应范围，并能随意调节输出电压的稳定位，通常利用射极输出跟随器，能随意调节输出电压的稳定位，通常利用射极输出跟随器，并增加放大环节并增加放大环节。稳压电路：稳压电路： 整流及滤波电整流及滤波电路完成交流至直流的电源路完成交流至直流的电源变换，但输出电压仍受负变换，但输出电压仍受负载和电网电压波动的干扰。载和电网电压波动的干扰。不能满足控制放大器特别不能满足控制放大器特别是测量放大器对电源的技是测量放大器对电源的技术要求，往往

6、要增加稳压术要求，往往要增加稳压电路。电路。在控制放大器中，运算放大器用于信号放大、阻抗变换以及进行各种信号处理在控制放大器中，运算放大器用于信号放大、阻抗变换以及进行各种信号处理运算放大器常由多级差动放大器组成运算放大器常由多级差动放大器组成。图。图a所示差动放大器包括一对性能相同的所示差动放大器包括一对性能相同的晶体三极管晶体三极管T1和和T2：和：和72、集电极电阻只、集电极电阻只RC1和和RC2及共用射极电阻及共用射极电阻Re。当输入两管。当输入两管的基极电压相等时，由于两集电极电流相等，电阻的基极电压相等时，由于两集电极电流相等，电阻R1和和R2压降相等，故作为输出信压降相等，故作为

7、输出信号电压的两管集电极之间的压差为零号电压的两管集电极之间的压差为零这种对两输入端加以相同信号的输入方式称这种对两输入端加以相同信号的输入方式称为共模输入为共模输入。-主要作用：抑制零点漂移主要作用：抑制零点漂移差动放大器主差动放大器主要作用：要作用：抑制抑制零点漂移零点漂移差动放大器的特点：差动放大器的特点：静态工作点稳定，对共模信号有很强的抑制能力，它唯静态工作点稳定，对共模信号有很强的抑制能力，它唯独对输入信号的差（差模信号）做出响应，集成运算放大器几乎都采用差动独对输入信号的差（差模信号）做出响应，集成运算放大器几乎都采用差动放大器作为输入级。放大器作为输入级。在控制放大器中，运算放

8、大器用于信号放大、阻抗变换以及进行各种信号处理在控制放大器中，运算放大器用于信号放大、阻抗变换以及进行各种信号处理运算放大器常由多级差动放大器组成。当输入两管的基极电压相等时，由于两集电极电流相等运算放大器常由多级差动放大器组成。当输入两管的基极电压相等时，由于两集电极电流相等，电阻，电阻R1和和R2压降相等，故作为输出信号电压的的两管集电极之间的压差为零。压降相等，故作为输出信号电压的的两管集电极之间的压差为零。这种对两输入这种对两输入端加以相同信号的输入方式称为共模输入端加以相同信号的输入方式称为共模输入。运算电路是集成运算放大器的基本应用电路，它是集成运放的线性运算电路是集成运算放大器的

9、基本应用电路，它是集成运放的线性应用。应用。讨论的是模拟信号的加法、减法、积分和微分、对数和反对讨论的是模拟信号的加法、减法、积分和微分、对数和反对数（指数）、以及乘法和除法运算数（指数）、以及乘法和除法运算。一、加减法电路一、加减法电路 1. 反相输入求和电路反相输入求和电路 在在反相比例运算电路反相比例运算电路的基础上，增加一个的基础上，增加一个输入支路输入支路，就构成了反相输入求和电，就构成了反相输入求和电路，两个输入信号电压产生的电流都流向路，两个输入信号电压产生的电流都流向Rf ，所以输出是，所以输出是两输入信号的比例和两输入信号的比例和：运算放大器运算放大器负反馈电路负反馈电路2.

10、同相输入求和电路同相输入求和电路在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求和电路：在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求和电路：因运放具有虚断的特性，对运放同相输入端的电位可用叠加原理求得因运放具有虚断的特性，对运放同相输入端的电位可用叠加原理求得:而而 当当 同相输入求和同相输入求和 3.双端输入求和电路双端输入求和电路 双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电路如图双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电路如图8.1.3所示：所示：其输出电压表达式的推导方法与同相输入运算电路相似。当其输出电压表达式的推导方法与同相输入运算电路相似。当vi1=

11、vi2 =0时，用叠加原理分别时，用叠加原理分别求出求出vi3=0和和vi4 =0时的输出电压时的输出电压vop。当。当vi3 = vi4 =0时，分别求出时，分别求出vi1=0，和，和vi2 =0时的时的von。 二、积分和微分运算电路二、积分和微分运算电路1.积分运算电路积分运算电路 积分运算电路的分析方法与求和电路差不多，积分运算电路的分析方法与求和电路差不多，反相积分运算电路反相积分运算电路如图：如图：，于是根据虚地有Rvii tvRCtiCvvd1d1iCCOtRCVtvRCvvIiCOd1当输入信号是阶跃直流电压当输入信号是阶跃直流电压VI时，即：时，即： 二、积分和微分运算电路二

12、、积分和微分运算电路1.微分运算电路微分运算电路 tvRCtvRCRiRivdd dd ICCRO显然 数数/模和模数转换电路模和模数转换电路 控制放大器与计算机相联接必须使用控制放大器与计算机相联接必须使用DA和和AD转换器。转换器。 一、阻抗变换器一、阻抗变换器 在控制放大器中，往往附带有测量放大电路。测量放大电路应与传感器的在控制放大器中，往往附带有测量放大电路。测量放大电路应与传感器的工作原理相适应。对电位器式位移或转角传感工作原理相适应。对电位器式位移或转角传感6，为减小前述负载效应对其线，为减小前述负载效应对其线性度的影咱，应利用一个阻抗变换器即电压跟随电路：性度的影咱，应利用一个

13、阻抗变换器即电压跟随电路： 二、电荷放大二、电荷放大器器 电荷放大器是与压电式传感器相匹配的前置放大电路。它能将高内阻的电荷电荷放大器是与压电式传感器相匹配的前置放大电路。它能将高内阻的电荷信号源转换为低内阻的电压源使输出电压正比于输入电荷，因此，电荷放信号源转换为低内阻的电压源使输出电压正比于输入电荷，因此，电荷放大器同样起着阻抗交换作用。大器同样起着阻抗交换作用。 三、电桥测量信号的直流放大电路三、电桥测量信号的直流放大电路 许多传感器是根据电桥原理工作的，按照激励电压的性质，可分为直流电桥许多传感器是根据电桥原理工作的，按照激励电压的性质，可分为直流电桥和相交流电桥两种。直流电桥的平衡电

14、路比较简单，对信号传输线路的要求也和相交流电桥两种。直流电桥的平衡电路比较简单，对信号传输线路的要求也较低。但性能易受元件温漂和按地电位的影响。但是，电桥输出电压的额定值较低。但性能易受元件温漂和按地电位的影响。但是，电桥输出电压的额定值一放仅在激励电压的一放仅在激励电压的1%以以下下，即几个毫伏，因此必须通过一差动式直流电压，即几个毫伏，因此必须通过一差动式直流电压放大电路，其输出信号电压的额定值达到足够的数值，例如放大电路，其输出信号电压的额定值达到足够的数值，例如5v或或10V。 功率放大器的负裁是伺服电机、力矩马达、动圈式力马达或直流比功率放大器的负裁是伺服电机、力矩马达、动圈式力马达

15、或直流比例电磁铁。功率大级除了必须具有足够的输出功率外，还必须具有例电磁铁。功率大级除了必须具有足够的输出功率外，还必须具有良好的稳态和动态特性。良好的稳态和动态特性。功率放大级和前置电压放大级之间的藕合：功率放大级和前置电压放大级之间的藕合：目前都趋向于无输出变目前都趋向于无输出变压器的直接藕合方式。压器的直接藕合方式。功率输出级：功率输出级：则采用由一对射极跟随器组成的互补型放大器，其放则采用由一对射极跟随器组成的互补型放大器，其放大失真较小，无输出功耗较低。为实现过电流保护在负载回路中可大失真较小，无输出功耗较低。为实现过电流保护在负载回路中可接入熔断器。接入熔断器。电一机械转换器中，电

16、一机械转换器中，功率放大级分为：功率放大级分为：电压反馈型和电流反馈型。电压反馈型和电流反馈型。直流伺服电机采用：直流伺服电机采用：电压反馈型电压反馈型动圈和动铁式电一机械转换器及直流比例电磁铁采用动圈和动铁式电一机械转换器及直流比例电磁铁采用：电流反馈型：电流反馈型 功率放大级分为：功率放大级分为：电压反馈型和电流反馈型。电压反馈型和电流反馈型。控制放大器的输出电阻越小，直流伺服电机的快速性越好控制放大器的输出电阻越小，直流伺服电机的快速性越好 功率放大级分为：功率放大级分为：电压反馈型和电流反馈型。电压反馈型和电流反馈型。2电流反馈型功率放大器电流反馈型功率放大器 对动圈式和动铁式电一机械转换骆，控制线圈的电感一般较大，如采对动圈式和动铁式电一机械转换骆，控制线圈的电感一般较大，如采用电压反馈方式，其电气时间常数变得不可忽用电压反馈方式，其电气时间常数变得不可忽略略，故往往采用电流反馈，故往往采用电流反馈，