仪表分析方法

1、从仪表整体结构上看，模拟式控制仪表有两种构成形式：从仪表整体结构上看，模拟式控制仪表有两种构成形式：1.1.仪表整机采用单个放大器，仪表整机采用单个放大器， 其放大器可由若干级放大电路或不同的放大器串其放大器可由若干级放大电路或不同的放大器串联而成。联而成。 属于这一类的仪表有：属于这一类的仪表有：DDZ-IIDDZ-II型仪表型仪表 大部分的变送器大部分的变送器 气动仪表等。气动仪表等。2.2.整机由数目不等的运算放大器电路以不同形式整机由数目不等的运算放大器电路以不同形式（主要是串联形式）组装而成。（主要是串联形式）组装而成。 采用运算放大器的仪表都属于这一类构成形式采用运算放大器的仪表都

2、属于这一类构成形式 如：如：DDZ-IIIDDZ-III型系列型系列 I I系列系列 EKEK系列仪表等。系列仪表等。 fiKKKKxy1采用单个放大器的仪表一般有如下的结构：输入部分、放大器和反馈部分。采用单个放大器的仪表一般有如下的结构：输入部分、放大器和反馈部分。KiKKf+ zi zfxy输入部输入部分分放大器放大器反馈部反馈部分分ifKyxK. .在满足在满足的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于输入部分的特性的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于输入部分的特性和反馈部分的特性；和反馈部分的特性；2. 2. 在满足在满足的条件时，放大器的净输入的条件时，放大器的净输入e e趋向于零（

3、趋向于零（ e e 0 0）。）。采用单个放大器的采用单个放大器的仪表分析方法：仪表分析方法： 1 1、将仪表划分为输入部分、放大器和反馈部分；、将仪表划分为输入部分、放大器和反馈部分； 2 2、对各个部分分析，重点是输入部分和反馈部分；、对各个部分分析，重点是输入部分和反馈部分； 3 3、求出整机输出与输入之间的关系，得整机特性。、求出整机输出与输入之间的关系，得整机特性。 比较环节的确定可以从放大器的输入端即比较环节的确定可以从放大器的输入端即e e所加位置着手；所加位置着手；取样环节的确定可以从仪表的输出信号回路着手取样环节的确定可以从仪表的输出信号回路着手 。这类仪表的线路是由这类仪表

4、的线路是由。由于每一个由于每一个运算放大器电路的输出电阻很小，而输入电阻又都足运算放大器电路的输出电阻很小，而输入电阻又都足够大，这样，前、后级运算放大器电路之间相互影响够大，这样，前、后级运算放大器电路之间相互影响很小。很小。分析这类仪表时，分析这类仪表时，。UTUF输入端(+、-)：+端为同相输入端 -端为反相输入端 UT 为同相端对地的电压 UF 为反相端对地的电压Ud电压差Ud 从同相端到反相端Uo输出端：Uo 为输出端对地的电压(输出电压)U+U电源端（U 、U- ）分析线路时往往把运算放大器看成是。222dcFTFTFUUUUUUU-222dcFTFTTUUUUUUU-Uc为共模输

5、入电压Ud为差模输入电压任何一个运算放大器，其允许承受的Uc和Ud都有一定的限制，制造厂规定了运算放大器的最大差模输入电压(又称差模输入范围差模输入范围) )和最大共模输入电压(又称共模输入范围共模输入范围)。运算放大器的输出电压和电流也都有一定的限制，最大输出电压一般比电源电压低12V,最大输出电流一般为5mA或10mA，在仪表电路中需要输出大电流时，往往采用三极管进行电流放大。+KoRoRiUFUTIbFIbTUdUo输入电阻：Ri Ri输出电阻：Ro Ro0开环增益：Ko Ko失调、漂移为零1.差模输入为0：UTUF（Ud0）2.输入端电流为0：IbF0，IbT0= 0UFUTUoUiR

6、1R2R3UT = ?UT = 0UF = ?211212FiORRUUURRRR12RRUUio-1输出电压与输入电压成正比，其比例系数为R2/R1；2输出与输入极性相反；3反相端不接地，但UF =0，故称反相端为“虚地”；4输入回路电流Ii，全部流经反馈回路，即If = IiIiIf= UiUT = ?UT = UiUF = ?112FORUURR211oiURUR UFUTUoUiR1R2R31输出电压与输入电压成正比，其比例系数为（1+R2/R1）；2输出与输入极性相同；3同相端和反相端存在共模电压UC =Ui ；。 UT = ?UF = ?212112FiFORUURRRURR221

7、1()oiTiFidRRUUUURR-1在满足R1 /R3= R2 /R4 电阻匹配条件时，差动输入放大器电路的输出电压仅仅取决于两个输入电压之差Uid = UiT -UiF ，即这种电路只放大差动信号，不放大共模信号，且与差动信号Uid 成正比，比例系数为R2/R1。输出电压与差动信号极性相同。 在仪表线路中，往往取得R1=R3、R2=R4，形成所谓对称差动运放电路。2运算放大器输入端存在共模电压 UFUTUoUiTR1R2R3UiFR4 IbT =0434TiTRUURR IbF =0UT =UFR1 /R3= R2 /R4UoUiU0 = Ui 特点：输入电阻高 输出电阻低 它在仪表电路

8、应用中，起隔离作用12RRUUio-211oiURUR 21ooiTiFidUURUUUR-运算放大器需要电源，通常有2种供电方式：单电源供电和双电源供电UoUTUFE= Ep +EoUoUTUFEp En出于仪表总体设计的需要、便于仪表的安装以及变送器采用二线制等原因，在仪表线路中，一般都采用单电源供电，即由一组+24V电源供电。运算放大器不论采用单电源供电还是双电源供电，都必须满足以下条件：UoUTUFUU0V24V19V2V12V12V7V10V0V24V23V1V12V12V11V11V共模输入电压范围共模输入电压范围输出电压范围输出电压范围DDZ-III型等系列仪表的信号范围为15V

9、，在24V单电源供电时，显然不能满足共模输入范围的要求。UoUTUFE= Ep +EoEp En为此，在仪表的电路中，采用电平移动的方法，即另加电平移动电源UB ，以便使UT 和UF 进入共模输入范围以内。 另加电平移动电源UB 之后，运算放大器电路在单电源供电时以UB 为基准的运算关系，跟双电供电时以地（0V）为基准的运算关系，在形式上完全相同。在DDZ-III型仪表及其它系列仪表中，所有接收仪表的输入电路均采用这种形式的电路。分析方法 采用运算放大器的仪表分析方法是把整个仪表线路分成一个个运算放大器电路单独地进行分析，最后再综合得到整机的特性。因此，采用运算放大器的仪表线路分析的基础是单个

10、运算放大器电路的分析。 单个运算放大器电路的分析方法通常有如下两种： 利用基本运算放大器电路的关系式 特点：基本概念明确 物理意义清楚 要点：熟练灵活掌握基本运算放大器电路的关系式熟练灵活掌握基本运算放大器电路的关系式，就能很容易看出运算放大器电路的运算关系，并能很快地了解整个仪表的特性。当然，仪表中的实际电路，有时可能是两种基本电路的合成，或者输入回路电阻和反馈回路电阻包含有电容等非纯阻性元件。 这时可以采用叠加法、等效电源定理、Y变换、阻抗变换法等方法进行处理，将这些比较复杂的运算放大器电路转化为基本电路。利用理想运算放大器输入端的两个特征 理想运算放大器输入端的两个特征： （1）差模输入

11、电压等于零，即Ud=0或UT=UF； （2）输入端输入电流等于零，即IbT=0，IbF=0。 这两个特征是分析运算器放大电路输入输出关系的出发点 关键：求得运算放大器两个输入端的电位UT和UF 根据电路具体结构，找出输入、输出信号与UT、UF之间的关系，然后依据UT=UF，求出输出与输入之间的关系。方法：断开反馈又保证等效，把原电路转化为一个没有反馈的开环等效电路。三、仪表的分析步骤 对于一只仪表，可以采用由整体到局部的方法分析，即首先对仪表作总体概貌性了解，然后将仪表划分成几个部分，再对各划分部分逐一进行分析，最后综合出整机的特性。其具体步骤可以如下： 目的：目的：了解各部分的结构、作用、特点、输出与输入的关系， 直至每一个元部件的作用。在