项目5 红外线报警器的设计与制作

项目5红外线报警器的设计与制作项目描述热释电红外传感器是一种能检测人或动物身体发射的红外线而输出电信号的传感器。它可以做成主动式和被动式的传感器，与各种电路配合，广泛应用于安全预防及控制自动门、灯、水龙头等场合。本项目使用SD02型热释电人体红外传感器组成放大检测电路，制成红外线报警器。报警器可监视几十米范围内运动的人体，当有人在该范围内走动时，就会发出报警信号。任务5.1差分放大电路的组装与测试【任务引入】差分放大电路又叫差动放大电路，是另一类基本放大器，它的输出电压与两个输入电压之差成正比，由此而得名。它不仅能放大直流信号，而且能有效地减小由于电源波动和晶体管随温度变化而引起的零点漂移，因而获得广泛应用，是组成集成运算放大器的一种主要电路，常被用作多级放大电路的前置级。

电工电子产品制作与调试信号源第一级第二级负载

两级阻容耦合放大电路

阻容耦合放大电路结构简单，成本低，频率特性好，静态工作点不互相影响，其应用十分广泛。但耦合电容对低频信号衰减大，对缓慢变化的信号不能进行耦合，同时在集成电路中难于制造大的电容，所以阻容耦合形式在集成电路中无法应用。为什么选用“差动”的电路形式?差分放大电路的组装与分析两级直接耦合放大电路

直接耦合方式中信号不经过电容，所以频率特性较好，可以放大频率很低的信号或直流信号，并便于集成，但静态工作点不再互相独立，而且会引起零点漂移。1、集成电路级与级之间采用直接耦合，而直接耦合电路必然会产生“零点漂移”。

零点漂移：当输入信号为0，由于电源波动、温度变化等原因，使工作点发生变化，使放大器输出电压偏离起始点做上下漂动，成为零点漂移。如图中，当时，由于某种原因使，设，则这种缓慢变化的信号将淹没有用的信号，这是不允许的。2、为了有效抑制零漂，输入级必须采用差动放大器。抑制零点漂移的工作原理

差动电路最大特点是电路完全对称，其中T1、T2

两管特性相同，元件参数之值相等。当温度变化时，对两管的影响是一致的，相当给两管电路同时加入大小相等、极性相同的输入信号，因此，当电路特性完全对称的情况下，两管的集电极电位始终相同，不会出现普通直接耦合放大器那样的漂移电压，这就是为什么差动放大电路能够抑制零点漂移的原因。基本差动放大电路构成原理

当ui1=ui2=0时，当温度变化时,电路的对称性越好,抑制零漂的作用越强.共模输入差模输入比较输入大小相等、极性相同的信号大小相等、极性相反的信号抑制共模信号能力的大小，反映对零点漂移的抑制水平输出电压为两管各自输出电压变化量的2倍大小、极性均任意的信号差动放大电路的信号输入任务5.2集成运算放大器的组成与调试【任务引入】集成运算放大器简称为集成运放。集成运放最早应用于信号的运算，所以又称为运算放大器。随着电子技术的发展，目前集成运放的应用几乎渗透到电子技术的各个领域，除运算外，还可以对信号进行处理、变换、产生和测量，称为组成电子系统的基本功能单元。

电工电子产品制作与调试集成电路（IC）是20世纪60年代初期发展起来的一种新型电子器件。它是利用半导体工艺技术把整个电路的绝大部分元件以及相互之间的连线同时制作在一块半导体芯片上，再用塑料封装起来。

特点:是体积小，重量轻，性能好，功耗低，可靠性高。

5.2.1集成运算放大器的认识通常由差动放大电路构成，目的是为了减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗。通常由共发射极放大电路构成，目的是为了获得较高的电压放大倍数。通常由互补对称电路构成，目的是为了减小输出电阻，提高电路的带负载能力。一般由各种恒流源电路构成，作用是为上述各级电路提供稳定、合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。最简单集成运放

调零端：1和5管脚输入端：2和3管脚输出端：6管脚电源端：4和7管脚集成运放的主要参数(1)开环差模电压增益：(2)最大差模输入电压：(3)最大输出电压：(4)差模输入电阻：(5)输出电阻：(6)共模抑制比：开环：运算放大器外部，两个输入和输出之间没有任何连接。增益越大，放大器精度越高，工作越稳定抑制共模信号的能力，即抑制零点漂移的能力理想运算放大器

将集成运算放大器的一些参数近似理想化，得到理想运算放大器的模型，有(1)开环差模电压增益：(3)差模输入电阻：(4)输出电阻：(2)共模抑制比：注意：无特殊说明，今后我们分析的集成运算放大器均为理想运算放大器！1.理想集成运算放大器主要条件＋－u-－u+uo国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小反相输入端同相输入端输出端集成运算放大器的电压传输特性开环状态下在线性区域内特性曲线中的线性区很窄其他部分称为饱和区(非线性区)理想传输特性：Aod越大，线性区越小，当Aod→∞时，线性区→00uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV线性区非线性区非线性区+10V-10V+Uom-Uom0uoui理想运算放大器：开环电压放大倍数Aod=∞差摸输入电阻Rid=∞输出电阻Ro=0(1)两个输入端之间电压近似为零5.工作在线性区域的理想集成运算放大器的两个重要结论在线性区由于为有限值，而为无穷大，因此故相当于两个输入端短路（“虚短”）（“虚断”）由于为无穷大，故相当于两个输入端之间开路(2)两个输入端电流近似为零3.2.4比例运算1.反相比例运算电路特点：运算放大器工作在闭环状态，即在运放外部，输出端与一个反相输入端有物理连接。特点：

输入信号接反相输入端；反馈电阻接于输出与反相输入端之间；输出电压与输入电压反相。虚地点i1=if

（虚断）因为有负反馈，利用虚短和虚断u+

=0

u－=u+=0（虚地）电压放大倍数:由式可知，在输入一定的前提下，改变的比例关系，可以得到所需的输出。特殊情况下

当时，有，此时我们称该电路为反相器或反号器。例题1.

R1=10k

,Rf=20k,ui=-1V。求:uo

、Ri。说明R0的作用，R0应为多大？特点：共模输入电压=0（u－=u+=0）缺点：输入电阻小（

Ri=R1）

R0为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R0=R1//Rf，输入信号为零时，输出信号也为零。2.同相比例运算特点：输入信号接同相输入端；反馈电阻接于输出与反相输入端之间；输出电压与输入电压同相。由“虚断”及”虚短”由平衡电阻的概念有Au=1特例：电压跟随器此电路是同相比例运算的特殊情况，输入电阻大，输出电阻小。在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。ui=u+=u-=uo利用虚短和虚断：由“虚断”及”虚短”由平衡电阻的概念有3.反相加法运算由图可知反相输入端虚地由KCL有由平衡电阻的概念有当有

该结论可推广为多个输入信号

电路如图，已知