比例放大器的设计
比例放大电路的设计和调试ppt课件
3.本次实验需要焊接，必须带电烙铁及烙铁架，可以自备万用表。
4.实验报告请于第14周周三（6月3日）中午1:00-1:30由负责的同 学按学号排好顺序整班交至21A#106室。过时不候。 晚交视作未交。
STEP2 预习部分
实验书p74
基本选题. 用LM324实现增益为20dB反相比例放大器，最小电阻为2k，要求完 成以下内容： 2.输入正弦波交流信号，用双踪示波器同时观察输入输出波形，并确定闭环增
操作验收内容
1.检查元件(5) 2.焊接电路(5) 3.规范操作（5） 4.仪器使用（15） 5.测试指标 （1）静态工作点测试(10) （2）动态指标： A.空载闭环放大倍数（10）； B.动态范围Vpp（10） C.上限截止频率fH（10） D.输入电阻Ri(10) 6.实验善后(10)
通过前两次实验，仪器使用和实验操作都应该已经掌握，所以 本次实验应将重点放在运放LM324的使用，然后通过实验的方 法加深理论知识的理解。
益 A u f 及输出动态范围。 3.在线性范围内，测量反相比例放大器的上限截止频率 f H ，并画出幅频特性
曲线。
4.测量输入电阻 R i 。
认真分析任务，明确测试指标
基本选题的任务分析得知，我们需要搭建前面设计好的 电路，然后完成以下几个指标的测试，这样才能验证同学 们设计的电路是否正确。 （1）工作点稳定，即测量静态工作点； （2）空载时的电压放大倍数Auf;输出电压动态范围 Uopp； （3）上限截止频率fH； （4）输入电阻Ri。
12V 双电源如何加到LM324中？？
b.然后将直流稳压电源的中间那个“独立/跟踪”的按键按下，实现“跟踪”功能。 这样从路（右路）的电压跟随主路（左路）的电压变化，不管之前从路的电压是 多少，在跟踪状态时，从路的电压跟主路电压一致。 需要说明的是，跟踪状态时，从路显示的电压可能和主路的一致，也有可能 显示全零。此时，直流稳压电压并未损坏，是一种正常现象。
同相比例和反相比例放大器
同相比例和反相比例一、反相比例运算放大电路反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R 1加至运放的反相输入端，输出电压v o 通过反馈电阻Rf 反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。
R ¢为平衡电阻应满足R ¢= R 1//R f 。
利用虚短和虚断的概念进行分析，v I=0，v N=0，i I =0，则即∴该电路实现反相比例运算。
反相放大电路有如下特点1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要求。
2．v N= v P ，而v P=0，反相端N 没有真正接地，故称虚地点。
3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R 1，输出电阻近似为零。
二、同相比例运算电路图 1 反相比例运算电路同相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R S 加到运放的同相输入端，输出电压v o 通过电阻R 1和R f 反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。
根据虚短、虚断的概念有v N= v P= v S ，i 1= if于是求得所以该电路实现同相比例运算。
同相比例运算电路的特点如下 1．输入电阻很高，输出电阻很低。
2．由于v N= v P= v S ，电路不存在虚地，且运放存在共模输入信号，因此要求运放有较高的共模抑制比。
三、加法运算电路图1所示为实现两个输入电压v S1、v S2的反相加法电路，该电路属于多输入的电压并联负反馈电路。
由于电路存在虚短，运放的净输入电压v I=0，反相端为虚地。
利用v I=0，v N=0和反相端输入电流i I=0的概念，则有或由此得出图 1 同相比例运算电路图 1 加法运算电路若R 1= R 2= R f ，则上式变为 –v O= v S1+ v S2式中负号为反相输入所致，若再接一级反相电路，可消去负号，实现符 合 常规的算术加法。
该加法电路可以推广到对多个信号求和。
从运放两端直流电阻平衡的要求出发，应取R ´=R 1//R2//R f 。
比例放大电路
比例放大电路同相比例和反相比例一、反相比例运算放大电路反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R 1加至运放的反相输入端，输出电压v o 通过反馈电阻R f 反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。
R ¢为平衡电阻应满足R ¢= R 1//R f 。
利用虚短和虚断的概念进行分析，v I=0，v N=0，i I=0，则即 ∴该电路实现反相比例运算。
反相放大电路有如下特点图 1 反相比例运算电路同相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R S加到运放的同相输入端，输出电压v o通过电阻R1和R f反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。
根据虚短、虚断的概念有v N=v P=v S，i1= i f于是求得所以该电路实现同相比例运算。
同相比例运算电路的特点如下1．输入电阻很高，输出电阻很低。
2．由于v N=v P=v S，电路不存在虚地，且运放存在共模输入信号，因此要求运放有较高的共模抑制比。
三、加法运算电路图1所示为实现两个输入电压v S1、v S2的反相加法电路，该电路属于多输入的电压并联负反馈电路。
由于电路存在虚短，运放的净输入电压v I=0，反相端为虚地。
利用v I=0，v N=0和反相端输入电流i I=0的概念，则有或由此得出若R 1= R 2= R f ，则上式变为 –v O= v S1+ v S2式中负号为反相输入所致，若再接一级反相电路，可消去负号，实现符 合 常规的算术加法。
该加法电路可以推广到对多个信号求和。
图 1 加法运算电路从运放两端直流电阻平衡的要求出发，应取R ´=R 1//R2//R f 。
四、减法运算电路1、反相求和式运算电路 图1所示是用加法电路构成的减法电路，第一级为反相比例放大电路，若R f1=R 1，则v O1= –v S1；第二级为反相加法电路，可以推导出若取R 2= R f2，则v O = v S1–v S2由于两个运放构成的电路均存在虚地，电路没有共模输入信号，故允许v S1、v S2的共模电压范围较大。
multisim比例运算电路
multisim比例运算电路Multisim比例运算电路是一种常用的电路设计工具，它可以实现电压、电流、功率等信号的放大、衰减和变换。
本文将介绍Multisim 比例运算电路的基本原理、设计方法以及实际应用。
一、Multisim比例运算电路的基本原理Multisim比例运算电路是一种基于运算放大器的电路，它通过放大和变换输入信号，从而得到期望的输出信号。
运算放大器是一种具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的电子元件，常用的运算放大器有理想运算放大器和非理想运算放大器。
理想运算放大器具有无穷大的增益、无限大的输入阻抗和零的输出阻抗。
在Multisim比例运算电路中，常用的理想运算放大器模型为差动放大器模型，它由两个输入端和一个输出端组成。
差动放大器的输入端可以接收两个输入信号，输出端则输出两个输入信号的差值的放大信号。
二、Multisim比例运算电路的设计方法Multisim比例运算电路的设计方法主要包括确定电路的输入输出关系、选择合适的运算放大器和计算电路中的各个元件参数。
确定电路的输入输出关系是设计Multisim比例运算电路的第一步。
根据实际需求，确定输入信号和输出信号之间的数学关系，即输入输出的比例关系。
比如，如果希望将输入信号放大10倍输出，则输入输出关系为Vout = 10 × Vin。
选择合适的运算放大器是设计Multisim比例运算电路的关键。
根据实际需求，选择具有合适增益和输入输出特性的运算放大器。
在Multisim软件中，可以通过搜索运算放大器型号或者从元件库中选择合适的运算放大器。
计算电路中各个元件参数是设计Multisim比例运算电路的最后一步。
根据电路的输入输出关系和选择的运算放大器，计算电路中各个元件的数值。
比如，如果输入信号为2V，输出信号要放大10倍，则可以选择合适的电阻和电容值，使得电路满足输入输出关系。
三、Multisim比例运算电路的实际应用Multisim比例运算电路在实际应用中具有广泛的应用。
反相比例和同相比例运算放大器
课题反相比例和同相比例运算放大器所属章节第三章：集成运算放大器教学目的能熟练应用集成运算放大器教学重点1、比例运算放大器的结构2、电压放大倍数的计算3、电路特点教学方法讲授法、多媒体课件教学课题引入基本运算放大器包括反相输入放大器和同相输入放大器，它们是构成各种复杂运算电路的基础，是最基本的运算放大器电路。
授课内容一、反相运算放大器1、电路结构R1：输入电阻R f：反馈电阻，引入电压并联负反馈R2：平衡电阻，要求R2=R13、输入电阻和输出电阻因为电路引入了深度电压负反馈，所以输出电阻很小（Ro≈0），因为从电路输入端和地之间看进去的等效电阻等于输入端和虚地之间看进去的等效电阻，所以输入电阻 Ri=R1。
二、同相比例运算放大器1、电路结构R1、Rf:反馈电阻，引入电压串联负反馈。
R2：平衡电阻，要求R2=R1//Rf该电路不存在“虚地”，引入的共模信号较大。
1RRvvA fiovf-==2、闭球电压放大倍数3、输入电阻和输出电阻因为电路引入了深度电压负反馈，所以输出电阻很小（Ro≈0）。
根据“虚断”概念，该电路的输入电流等于0，所以输入电阻很大（Ri=∞）。
三、反相器和电压跟器思考：如何利用反相比例运算放大器和同相比例运算放大器实现：1、vo=-vi（反相器）2、vo=vi（电压跟随器）在反相比例运算放大器中，只要令R1=Rf，即可实现vo=-vi，从而实现反相器的功能。
在同相比例运算放大器中，只要令R1=0或Rf=∞，即可实现vo=vi，从而实现电压跟随器的功能。
课堂练习1、电路如图，当开关S断开时电压表的读数为2V，则当开关S闭合后电压表的读数是多少？2、电路如图，已知VI=2V，则电压表的读数是多少？并在图中标11RRvvA fiovf+==出电压表的极性。
小结1、由集成运算放大器组成的反相相比例和同相比例运算放大器的电压放大倍数均与集成运放本身参数无关，只与外接电阻有关。
2、反相比例运算放大器存在“虚地”现象，因引入的共模信号小，应用更为广泛。
差分比例放大电路
差分比例放大电路
差分比例放大电路是一种常用的电路设计技术，它可以被用于放大微小信号的幅度，同时还可以抑制噪声和干扰。
这种电路的基本原理是通过比较两个输入信号之间的差异，然后将其与一个参考电压进行比较，最终得出放大后的输出信号。
差分比例放大电路通常包括一个差分放大器、一个反馈网络以及一个输出级。
差分放大器可以测量两个输入信号之间的差异，并将其转换为一个输出电压。
反馈网络通常由电阻和电容组成，可以帮助稳定电路的增益和频率响应。
输出级可以将放大后的信号传递到下一级电路或输出设备。
差分比例放大电路在许多电子设备中都得到了广泛应用，例如音频放大器、测量仪器和传感器。
它们通常能够提供更高的增益和更好的信噪比，从而提高了设备的性能和可靠性。
需要注意的是，差分比例放大电路的选择和设计需要考虑多种因素，例如输入信号的幅度、频率和噪声等。
在实际应用中，设计者需要进行仔细的分析和测试，以确保电路能够满足特定的要求和规格。
- 1 -。
比例放大器工作原理
• 引言 • 比例放大器的基本原理 • 比例放大器的分类 • 比例放大器的应用 • 比例放大器的性能指标 • 比例放大器的设计考虑因素 • 结论
01
引言
比例放大器简介
01
比例放大器是一种电子设备，用 于将输入信号按一定比例放大， 输出信号的幅度与输入信号的幅 度成比例关系。
02
05
比例放大器的性能指标
电压放大倍数
总结词
电压放大倍数是衡量比例放大器性能的 重要指标之一，它表示输出电压与输入 电压的比值。
VS
详细描述
电压放大倍数反映了比例放大器对输入信 号的电压增益能力，即输出信号电压的大 小与输入信号电压的大小之间的比例关系 。在电子应用中，电压放大倍数越高，信 号的放大效果越好，但同时也会引入更大 的噪声和失真。
03
总结词
04
功率比例放大器在需要大功率输 出的应用中较为常见，如音频放 大、电机驱动等。
详细描述
在音频放大中，功率比例放大器 用于将微弱的音频信号放大到足 以驱动扬声器或耳机；在电机驱 动中，功率比例放大器用于将微 弱的控制信号放大到足以驱动电 机或其他执行器的水平。
04
比例放大器的应用
模拟电路
要点二
动态范围
动态范围是指放大器能够处理的信号的最大与最小幅度之 比，是衡量放大器性能的重要参数。动态范围越大，表示 放大器能够处理的信号幅度变化范围越广。
输出负载的阻抗
输出阻抗匹配
为了使比例放大器的输出信号能够有效地传输到负载， 需要确保输出阻抗与负载阻抗相匹配。不匹配的阻抗会 导致信号损失和失真，影响放大器的性能。
负载驱动能力
比例放大器的负载驱动能力决定了其能够驱动的输出电 流和电压的大小。在设计时，需要考虑放大器的负载驱 动能力是否满足应用需求，以确保放大器能够提供足够 的功率来驱动负载。
基于微处理器和CANopen现场总线技术的电液比例阀放大器设计
基于CAN现场总线技术的电液比例阀放大器设计摘要：适应现代工程机械向数字化、分布式控制方向发展的需求，提出一种基于微处理器和CANopen现场总线技术的电液比例阀放大器设计方案。
该放大器采用高频PWM驱动方式，使线圈平均电流和颤振信号独立可调；以微处理器为核心，软硬件协同完成电流在线检测和闭环控制；并扩展CANopen接口，实现远程参数设置、程序下载和信息反馈。
具有结构简单、调试方便、便于网络集成等优点。
伴随着微电子、计算机和液压传动技术的发展和成熟，数字化、网络化、分布式控制已成为现代工程机械控制领域的研究热点。
电液比例阀作为电－液－机械转换的核心部件，具有推力大、结构简单、对油质要求不高、价格低廉等优点[1]，在工程机械中得到广泛应用。
由于控制器产生的低功率信号无法直接驱动阀心线圈，放大器成为电液比例控制系统中必不可少且非常重要的组成部分。
传统的比例阀放大器一般以模拟电路为主，参数设置、控制算法调节和现场调试比较困难，无法满足当前工程机械在线调试、网络集成和分布控制的要求。
为适应这一需求，本文在分析影响比例阀控制特性因素的基础上，对现有的PWM比例放大技术进行改进。
以微处理器为核心，研究数字化的功率控制方法。
同时扩展CANopen总线接口，实现远程参数设置、程序下载和网络互联。
1.比例放大器原理及相关因素应用于工程机械的电液比例阀，按功能划分有流量阀、方向阀和压力阀等类型。
其内部大都采用一种具有固定行程的线性马达，称为螺旋管。
在稳定条件下，流过线圈的电流与阀芯位移直接相关。
比例放大器正是通过改变线圈平均电流来间接调节阀芯位移。
然而，作为一个实际系统，比例阀放大器设计不仅要实现控制信号放大，还要考虑诸多复杂因素。
1.1 高频PWM与颤振工程机械电液比例阀一般采用直流电源供电。
假设线圈内阻恒定，通过PWM信号控制开关功率管的通断时间，能实现线圈平均电流调节。
电流大小与PWM波占空比成正比。
PWM波频率取值范围为100Hz～5kHz以上，一般将100～400Hz称为低频，5kHz以上称为高频。
比例放大电路的设计_2
151实验三 比例放大电路的设计一．实验目的1．掌握集成运放线性应用电路的设计方法。
2．掌握电路的安装、调试与电路性能指标的测试方法。
二．预习要求1．根据给出的指标，设计电路并计算电路的有关参数。
2．画出标有元件值的电路图，制定出实验方案，选择实验仪器设备。
3．写出预习报告三. 比例放大电路的特点、设计与调试（一）．反相比例放大电路 1．反相比例放大电路的特点 U 由运算放大器组成的反相比例放大电 U o 路如图1所示。
根据集成运算放大器的基本原理，反 相比例放大电路的闭环特性为：闭环电压增益：1R R A fuf -= （1） 图1 反相比例放大器输入电阻 1R R if = （2）输出电阻 01≈+=uoo of KA R R （3） 其中： A uo 为运放的开环电压增益，f R R R K +=11 环路带宽 f uo o f R R A BW BW 1⋅⋅= （4） 其中：BW o 为运放的开环带宽。
最佳反馈电阻 K R R R o id f 2⋅==2)1(uf o id A R R -⋅ （5） 上式中：R id 为运放的差模输入电阻，R o 为运放的输出电阻。
平衡电阻 f P R R R //1= （6）从以上公式可以看出，由运算放大器组成的反相输入比例放大电路具有以下特性：（1）在深度负反馈的情况下工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻R 1和 R f 的值决定。
（2）由于同相端接地，故反相端的电位为“虚地”，因此，对前级信号源来说，其负载不是运放本身的输入电阻，而是电路的闭环输入电阻R 1。
由于R if = R 1，因此反相比例放大电152路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合（小于500k Ω）（3）在深度负反馈的情况下，运放的输出电阻很小。
2．反相比例放大电路的设计反相比例放大电路的设计，就是根据给定的性能指标，计算并确定运算放大器的各项参数以及外电路的元件参数。
例如，要设计一个反相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压增益A uf ，闭环带宽BW f ，闭环输入电阻R if ，最小输入信号U Imin ，最大输出电压U Omax ，负载电阻R L ，工作温度范围。
比例放大器驱动电路特性分析及控制器设计
比例放大器驱动电路特性分析及控制器设计徐兵;苏琦;张军辉;陆振宇【摘要】由于"反接卸荷"式驱动电路电流的非线性特性,当采用传统比例积分控制器进行电磁铁电流闭环控制时存在零位滞后现象,为了解决这一问题,建立"反接卸荷"式驱动电路的非线性数学模型.通过实验验证了该模型的有效性,分析非线性对电流控制器的设计影响.基于分析结论,提出新型的电流控制器设计方案.该方案的主要特征是通过采用死区跨越和抗饱和控制思路,使控制器快速跨越驱动电路的非线性区域.试验结果表明,该控制器能够有效地消除零位滞后现象.%The lager tracking error will appear when tracking a reference input near zero by the classical proportion-integrated controller because the current character of the inverse discharging drive circuit is nonlinear.A mathematical model was proposed to carefully describe the piecewise nonlinearities in the inverse discharging type drive circuit in order to solve the problem.A test setup was built for the model validation.A novel current controller was designed based on the analysis results.The innovation of this controller includes the dead zone compensation and the anti-wind up design, which is proposed to quickly skip the nonlinear part of the drive circuit.The experimental results show that the controller can effectively eliminate the zero lag.【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2017(051)004【总页数】7页(P800-806)【关键词】比例放大器;反接卸荷式驱动电路;非线性分析;电流控制器【作者】徐兵;苏琦;张军辉;陆振宇【作者单位】浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江杭州 310027;浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江杭州 310027;浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江杭州 310027;浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江杭州 310027【正文语种】中文【中图分类】TH137比例放大器是电液比例阀的核心控制元件,而在比例放大器中,驱动电路是连接电流控制器与比例电磁铁等电-机械转换器的功率放大接口,输入-输出特性直接决定了比例电磁铁驱动电流控制器的设计,进而影响比例电磁铁的比例控制性能[1-2].常见的比例电磁铁驱动电路主要有两种结构类型：单管驱动式和“反接卸荷”式.“反接卸荷”式具有更快的电流衰减速度,越来越多的设计方案采用这种驱动电路结构[3-6]．对于驱动电路的建模分析,在以往的比例阀建模研究中,通常将驱动电路等效为理想的比例环节,即输入指令(占空比)与电磁铁电流/电压成比例关系[7-9].实际上,比例电磁铁的驱动电路往往采用PWM(脉宽调制)驱动方式,电磁铁两端的电压不是恒定值,输入-输出特性与驱动电路形式相关.近年来,有些学者考虑了PWM驱动电路在建模分析中的重要性,一般将驱动电路等效为幅值放大的方波输入输出模型[10].对于单管驱动方式,输出电压波形不存在反向电压,在高频PWM驱动方式下,电磁铁两端的电压近似与占空比成正比,采用该方法具有良好的适用性.对于“反接卸荷”式驱动电路,存在反向“卸荷”过程引起的反向电压,驱动电路的输出电压波形与电磁铁电流相耦合,而且存在占空比“偏移”和电压波形失真等多种非线性现象．驱动电路的特性影响着电流控制器的设计,目前最常用的方法是比例-积分(PI)控制器及其变种[11-12].该方法对于单管驱动式驱动电路具有良好的控制效果,但对于“反接卸荷”式驱动电路,由于固有的输入占空比-稳态电流的非线性特征,采用该方法会引起零位附近电流跟随偏差．本文介绍一种适用于数字式控制器的“反接卸荷”式驱动电路设计方案,并建立该驱动电路的输入-输出数学模型.通过建模分析非线性现象产生的原因及主要影响因素.基于该非线性特性分析,设计改进了电流控制器,通过对比试验验证了该设计方法的有效性．传统“反接卸荷”式驱动电路的主回路拓扑原理如图1所示.基本原理是在输入PWM的控制下,两个三极管同时动作,当输入PWM信号为高电平时,两个三极管同时打开,电磁铁两端的电压为供电电压；当输入PWM信号为低电平时,两个三极管同时关闭,由于电磁铁的电感续流效应,电磁铁两端的电压反接至电源电压,加速了线圈的电流衰减速度．为了满足数字式控制器设计的需要,设计改进型“反接卸荷”式驱动电路,如图2所示.与传统的“反接卸荷”式驱动电路相比,增加了光耦用于隔离数字量输入与模拟驱动级,提高控制器的抗干扰性能；增加分压电阻R1和R2(R1=R2),实现开关管MOSFET-P和MOSFET-N的同步启闭；增加电流采样电阻R0,用于采集电磁铁电流．为了分析该驱动电路的输入输出特性,需要建立驱动电路的数学模型,并基于该模型对比例驱动电路的输入-输出特性进行分析.为了简化分析流程,对比例电磁铁进行如下简化,简化后的驱动电路及充电和卸荷过程如图3所示．1)考虑到分析驱动电路的稳态输入输出特性,忽略电磁铁的非线性电感,将比例电磁铁等效为定值电阻R和电感L的串联模型.2)假设光耦具有非对称延时,即以输入的PWM信号上升沿与下降沿为参考,光耦的上升沿开启延时比下降沿关闭延时长td.3)在电磁铁充电回路和卸荷回路中,除了电磁铁线圈内阻以外,还有电流传感器采样电阻、三极管和二极管导通电阻、电源内阻等电阻.充电和卸荷回路的电阻差异主要是三极管和二极管的导通电阻,这两者通常都非常小(差异小于0.1 Ω),因此假设充电回路和卸荷回路中这些电阻的总值相等,均为R0.首先,考虑到光耦隔离存在不对称开关延时td,此时电磁铁两端的输出占空比D与输入PWM信号的占空比Dc的关系可以表示为式中：fp为PWM信号频率.注意到D为[0, 1],若fptd>1,则无论Dc取何值,D都为1,此时驱动电路将失去比例控制功能,因此fp存在最大频率1/ td．当电磁铁两端的输入PWM波周期为T,占空比为D时,电磁铁两端的电压和电流随周期而变化,定义一个占空比周期内的平均电流如下.在一个PWM周期内,若初始电流为i0,则在不同的占空比下,电磁铁两端的电压和电流存在以下两种情况.1)若卸荷时间t0≤(1-D)T,则电流在高电平作用下上升至imax,在低电平作用下衰减至0,最后保持至周期结束,波形如图4所示.为了便于表达,令Imax=U/(R+R0),R-L电路的时间常数τ=L/(R+R0),A=exp (-DT/τ),B=exp (-(1-D)T/τ),在此情况下,根据式(2)可知,一个周期内的平均电流为2)若卸荷时间t0>(1-D)T,则电流上升后衰减至非零值,并将在下一个PWM波周期中继续上升,如图5所示．定义第k个周期的初始电流为i1(k),峰值电流为imax(k),结束电流为i2(k),平均电流为iav(k),可以按式(2)、(4)进行计算,当初始电流为i0时,根据式(7)可知,一个周期内的平均电流为iav(k)=.最终达到稳定时,前、后两个周期的始末电流相同,此时,当初始电流为零时,将上述两种情况的分界点处的占空比定义转折占空比D0.令i0= imin=0,则根据式(7),可得最后,根据式(1)计算得到输入转折占空比：.综上所述,在初始电流为零的情况下,不同输入占空比下的电磁铁稳态平均电流为由式(9)、(10)可知,电磁铁的稳态输出电流不但与输入占空比和频率有关,而且与驱动电路的结构参数(光耦延时时间td、驱动电路电阻R0)、供电电源(电压U及电源内阻)、电磁铁的参数(线圈电阻R和等效电感L)有关,但这些参数中比较容易调节的参数只有输入占空比和PWM波频率.为了验证上述驱动电路仿真模型的准确性,根据设计方案设计了驱动电路样机(包含在数字式比例控制器中)和如下实验装置,如图6所示.直流稳压电源用于提供24 V直流供电,示波器用于测量并记录驱动电路的输入输出电压波形.14位精度的NI数据采集卡用于采集输占空比指令电压以及电磁铁中的电流信号,采样频率为10 kHz,比例电磁铁型号为GP37．对比试验包括不同输入占空比下的电磁铁两端电压、电流测试以及不同PWM驱动频率下的稳态电流试验,并与仿真结果进行对比.主要的仿真参数如表1所示．在驱动电路输入端输入相同频率、不同占空比的PWM驱动电压,驱动电路的输入、输出电压波形分别如图7、8所示.其中,输入信号为峰值为3.3 V、频率为2 kHz、占空比为45%和55%的方波.电磁铁电流通过测量采样电阻两端的电压来间接测量．从图7、8可以看出,在两种占空比下,电压和电流的仿真结果都与实验结果比较吻合.此外,可以看出,电磁铁两端的电压波形并非规则的方波,不规则之处主要体现在以下三方面.1)占空比偏移.输出波形的占空比比输入波形偏大,进一步分析可知,引起该现象的主要因素是相于对PWM信号的上升沿与下降沿,光耦芯片存在很小的开启延时(约为1 μs)和较大的关闭延时(约为26 μs).引起不对称的开关时间的原因是光耦芯片的原理类似于光电二极管,输入端输入一定电流后能够立即发光,引起输出端导通；输入端断流后,输出端的电流逐步衰减为零,存在一定的衰减时间.光耦的关闭延时,引起了分压电阻两端的电压(栅源极电压)的缓慢降低,也引起了三极管的关闭延时．2)峰谷值不对称.输出波形的峰值电压为24.5 V,而谷值电压为-27.5 V,并非理想的±24 V电压.产生该现象的原因是开启和关闭回路存在电磁铁之外的电阻,主要包括三极管的导通电阻、二极管的正向导通电阻和采样电阻的电阻.一般来说,这些电阻都比较小(0.5 Ω),但是当电磁铁的内阻较小(3 Ω) 时,相对影响不可忽略．3)小占空比波形失真.如图7所示,当占空比为45%时,负向波形出现失真.结合对占空比小于占空比时的电压分析可知,产生该现象的原因是当占空比较小时,充电时间短,卸荷过程长,当电磁铁中的电流卸荷至零时,卸荷二极管截止,此时电磁铁两端的电压无法维持在-27.5V,逐渐衰减至0．在驱动电路输入端输入不同频率,不同占空比的PWM驱动电压,测量比例电磁铁中的稳态电流,可以得到不同PWM驱动频率、不同占空比下的稳态电流关系曲线,如图9所示．从图9可以看出,仿真模型的稳态电流与实验测得的结果比较吻合,进一步分析可以得到如下结论.1)在同一PWM频率下,电磁铁的输入占空比和输出电流稳态特性呈现明显的多段非线性.当占空比小于Dc0时,电流非常小,而且电流与占空比不成比例.当占空比大于Dc0时,电流与占空比的关系呈现很好的比例特性.当输入占空比为[50%+Dc0,100%]时,电流出现饱和,原因是占空比偏移致使电磁铁两端实际占空比达到100%.在1～5 kHz下,理论上的占空比的线性调节范围近似为[Dc0, 50%+ Dc0]．2)在不同的频率下,根据转折占空比的计算公式可知,在102～104 Hz的频率范围内转折占空比及导数的关系如图10所示.可以看出,Dc0随着频率的增大而减小,若不考虑光耦延时,转折占空比随着频率增大无限接近50%；当频率为1～5 kHz时,转折占空比非常接近50%.选择高频PWM驱动能够有效减小转折转空比的影响.当考虑光耦延时后,随着频率的增大,转折占空比显著降低.从图9及式(9)可以看出,平移量近似等于频率与延时时间的乘积．3)由于比例电磁铁的电流工作范围为0～3 A,对于不同的PWM频率,从图9可以看出,实际控制占空比的调节范围为[Dc0, Dc0+30%],调节范围只有整个控制范围的30%．综上分析可知,理论模型能够较准确地反映“反接卸荷”式驱动电路的主要非线性特征.此外,“反接卸荷”式驱动电路显著提高了电磁铁中电流的衰减速度,但占空比调节范围缩小了,并且出现转折占空比.通过合理地选择PWM驱动频率,可以减小转折占空比对驱动性能的影响.下一节继续研究转折占空比对电流控制性能的影响．为了提高比例电磁铁电流控制响应速度,通常采用电流反馈闭环来消除输入占空比和电磁铁电流环节的干扰.典型的闭环控制方法是比例-积分(PI)反馈控制,然而在实际电流闭环性能测试中发现,PI控制器存在零位响应滞后的问题.直接采用PI控制器设计电流闭环控制器,输入正弦跟随信号,响应情况如图11所示．从图11可以看出,当控制指令经过零位时,电流跟随会产生较大的滞后.产生该现象的原因分析如下.若要使电磁铁的电流从零开始上升,PI控制器的输出控制占空比从0开始递增；由于控制占空比和电磁铁电流之间存在多段非线性,在小占空比下电流上升较慢,从而导致电流跟踪响应延时,该延时会对比例阀的换向产生显著影响．针对提出的电流闭环PI调节过零位滞后的问题及初步分析,可以采用带初值的PI 控制器来改进设计.思路是在PI控制器过零位时,在初值的作用下迅速跨越非线性调节区域,以便充分利用驱动电路的线性部分.考虑到比例积分控制器的抗积分饱和问题,一般可以采用积分分离PI控制器等条件积分(conditional integration)法来改善[13-14],但条件积分法采用非线性控制结构,控制鲁棒性较差且积分限制条件难以选取.为了解决这两个问题,提出的电流控制器结构如图12所示．根据图12,可得实际控制占空比输出方程：式中：ir为控制电流输入指令；im为测量电流；kp和ki分别为比例系数和积分系数；Dc0为转折占空比；D为经过饱和环节后的计算占空比；α为转折占空比补偿系数；β为抗积分饱和系数,取为常数0.5.α和D按下式计算：实际上,当计算占空比为[Dc0,Dc0+50%]时,D=Dc,控制器为带初值的PI控制器：为了验证新型电流控制器的电流闭环控制性能,分别在不同的PWM驱动频率以及不同的转折占空比下,验证电流控制器的正弦输入信号跟随性能,试验结果分别如图13、14所示．从图13可以看出,在2 kHz下,转折占空比约为45%,采用该初值后,与无初值相比,滞后显著减小；采用偏大的初值(55%),会引起较大的负跟踪误差,说明PI控制器的初值等于转折占空比时的补偿效果较好．如图14所示,在5 kHz下,转折占空比约为25%,可以看出,采用25%进行补偿,具有比较理想的补偿效果．(1) 本文建立“反接卸荷”式驱动电路的分线性数学模型,重点描述占空比偏移、峰谷值不对称、小占空比下波形失真三方面的主要非线性特征.从仿真和试验结果来看,“反接卸荷”式驱动电路稳态电流具有典型的分段非线性特性,分段分界点的表征参数是转折占空比,该数值主要受到光耦启闭延时时间及PWM驱动频率的影响.光耦启闭的延时时间越长,稳态电流-占空比特性曲线左移越多,但不影响电流的线性调节范围.总的来说,具有更快的电流衰减速度,但线性调节范围减小.在进行电流控制器设计时,需要考虑避开非线性区域．(2) 基于对驱动电流的建模分析,本文提出改进型电流控制器.主要思路是使驱动电流跨越非线性段,进行线性调节范围,从而发挥PI线性控制器的控制性能,主要包括低占空比段的快速跨越以及高占空比饱和段的抗饱和积分器设计.试验结果表明,采用新型控制器后,可以有效地消除零位启动滞后,同时具有良好的正弦输入跟随性能．【相关文献】[1] 吴根茂.新编实用电液比例技术[M].杭州：浙江大学出版社,2006: 52-56．[2] CANUTO E, ACUNA B W, AGOSTANI M, et al. Digital current regulator for proportional electro-hydraulic valves with unknown disturbance rejection [J]. Isa Transactions, 2013,53(4): 909-919．[3] LIU Guo-ping, XIA Wu-xing, QI Da-wei, et al. Analysis of Dither in PWM control on electro-hydraulic proportional valve [J]. TELKOMNIKA: Indonesian Journal of Electrical Engineering, 2013, 11(11): 6808-6814．[4] 傅林坚.大流量高响应电液比例阀的设计及关键技术研究[D].杭州:浙江大学,2010: 69-71． FU Lin-jian. Research on the design and key technology of the electro-hydraulic proportional valve with large flow rate and high responsibility [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2010: 69-71．[5] 姚磊,邢科礼,金侠杰,等.电液比例放大器的电路设计[J].机床与液压,2008,36(6)： 82-84． YAO Lei, XING Ke-li, JIN Xia-jie, et al. The design of electro-circuit of electro-hydraulic proportion amplifier [J]. Machine Tool and Hydraulics, 2008, 36(6):82-84.[6] NIE Yong, WANG Qing-feng. Tri-state modulation power driving of electro-hydraulic proportional amplifier [J]. 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Hangzhou: ZhejiangUniversity, 2012: 51-55．[12] CRISTOFORI D, VACCA A. Analysis of the dynamics of a proportional valve operated by an electronic controller [C]∥6th FPNI PhD Symposium. West Lafayette: FPNI Fluid Power Net Publications,2010:199-214.[13] GALEANI S, TARBOURIECH S, TURNER M, et al. A tutorial on modern anti-windup design [C]∥ European Control Conference (ECC). Budapest: IEEE, 2009: 306-323．[14] DA SILVA J G, TARBOURIECH S. Anti-windup design with guaranteed regions of stability for discrete-time linear systems [J]. Systems and Control Letters, 2006, 55(3): 184-192．。
数字式比例放大器
外部设定电压不允许持续在调节范围参考值之下或之上 1V，否则就作为比例放大器的误操作。 如果在设定过程中或启动时有故障，请检查电源；如带桥式整流器，则要检查是否有电解电容(至少 1A 绕组电流 2200μF)和电源并联？放大器的电源电压是否足够高？带载时的电源电压必须比无比例放大 器是线圈热态产生的最大电流 Imax 所需的电压高 1.8VDC。 当此放大器用作一简单比例放大器控制单比例电磁铁时，请参考后面章节
无线电干扰
在一些罕见的情况，比例放大器在使用现场会遭遇电磁干扰(例如接通的是一个不抗干扰或抗干扰能力 差的电磁阀)。这种情况下，最好是对电磁阀增补抗干扰措施，或在标准放大器支架中供电线路的正导 线上，串接无线电抗干扰扼流圈(在工程机械液压技术中，例如可用带电容的抗干扰扼流圈)
励贝科技
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RT- MVA4
R
数字量输入(失效输入、斜坡切除输入、逆转输入)
对电源地的输入电阻
R
输入电压
逻辑 0
U
逻辑 1
U
设定点电位器的稳定电压
Ust
稳定的负载能力
Ist
斜坡时间(调节范围)
t
斜坡切除后内部斜坡时间设定值
tin
颤振频率
f
颤振幅值(峰峰值调节范围)
I
数字量输出
误差输出
带开集电极的 NPN-晶体管(a14 端子)
输出电流上叠加的颤振信号可以防止阀芯卡住， 减少滞环，其频率约为 55Hz，其幅值可通过控制 面板上的电位器“Dither”进行调节，其峰峰值调 节范围为 100~650mAs-s，预设为 140 mAs-s。
励贝科技
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RT- MVA4
RD13773/09.12
YAW-300B电液式水泥压力试验机比例放大器的设计
ｖ ｌｅｐ ｗｅ ｌ ｅ （ ｅａｂｅ ｉ ｅ ｒ ｆ ａ ａ ｏ ｒ ｍｐｉ ｒ ｔ ｂ ｒｖａ ｄｆ ｍ ｏ ｎ ｍｅ“ ｒｐ ｒ ｏ ａ ａ ｌ ｅ”，ｔ ａ ｅｆａ ｒｓ ｆ ｔｂｅ ｓ ｌ ｖ ａ ｆ ｈ ｉ ｔ ｏ ａ ｐｏ ｏｔ ｎ ｌ ｍｐｉ ｒ）ｉｈ ｖ ｔ ｅ ａ ｌ，ｍａ ｉ ｉ ｆ ｅｕ ｏｓ ｌ
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Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｓｐ ｐ ｒｄ ｓｒ ｅ ｉｔｇ ａ ａｔａ ｄ ｗｏｋ ｎ ｒｎ ｉｌ ｆａ ｌｃｒ — ｙ ｒｕ ｉ ｒ ｐ ｒｉｎ ｌｓ ｒｏ ｓｒ ｃ：Ｔ ｉ ａ ｅ ｅ ｃ ｉ ｓ ｎｅ ｒ ｌ ｒ ｎ ｒ ｉｇ ｐ ｉｃｐｅ ｏ ｎ ｅｅ ｔｏ ｈ ｄ ａ ｌ ｐ ｏ ｏ ｔ ａ ｅｖ ｂ ｐ ｃ ｏ
２０ 增刊 ０８
工程与试验
Ｄ ｃｍ ｅ ２ ０ ｅｅ ｂｒ ０ ８
ＹＷ３Ｏ 电液式水泥压 力试验机 比例放大器的设计 Ａ－ＯＢ
王金 阳 梁春华
（ 济南试金集团有限公 司，山东 济南 ２０２ ） ５ ０２
摘 要 ：本 文详 细介 绍了一种电液 比例伺服 阀功率放大器 （ 简称 比例放大器 ）的组成部 分和 工作原理 ，它具有稳定 ，滞环
ｈ ｓ ｒ ｓｓｌ ｏ ， ｏ ｎ ｉｅ ｆ ｓ ｅ ｐ ｎ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｉ ｂ ｄ ｌ ｓ ｄ ｉ ｅｐ ｏ ｏ ｉ ｎ ｏ ｌｃ ｒ — ｙ ａ ｌ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｅ ｉ ｏ ｐ ｌ ｗ ｏ ｓ ， ａ ｔ ｓ ｏ ｓ ｙ ａ ｃ， ｔ ｅｗｉ ｅ ｙ ｕ ｅ ｔ ｒ ｐ ｒ ｏ ｆ ｅ ｔ ｈ ｄ ｕ ｉ ｃ ｎ ｌ ｅ ｒ ｎ ｈ ｔ ｅ ｏ ｒ ｃ ｒ
比例放大电路
比例放大电路比例放大电路是一种基本的电子电路，它通过将输入信号按比例放大，以获得更大的输出信号。
比例放大电路广泛应用于各种电子设备中，如音频放大器、电源稳压器、无线通信系统等。
本文将介绍比例放大电路的基本原理、分类、应用及设计方法。
一、基本原理比例放大电路的核心原理是线性放大技术。
它通过将输入信号加到晶体管的基极，利用晶体管的放大作用，将信号放大后从集电极输出。
通过调整晶体管的放大系数，可以控制输出信号与输入信号的比例。
二、分类比例放大电路根据使用的晶体管类型和偏置电压可以分为多种类型，其中最常用的是共射放大电路和共基放大电路。
1.共射放大电路：它是一种最常用的比例放大电路，将输入信号加到晶体管的基极和发射极之间，利用晶体管的放大作用和电流放大系数，将信号放大后从集电极输出。
共射放大电路的优点是电流增益高，带宽适中，适用于低频到中频的放大。
2.共基放大电路：它是一种高频放大电路，将输入信号加到晶体管的基极和发射极之间，利用晶体管的放大作用和电压放大系数，将信号放大后从集电极输出。
共基放大电路的优点是带宽宽，增益高，适用于高频和宽带信号的放大。
三、应用比例放大电路广泛应用于各种电子设备中，以下是其中的一些应用：1.音频放大器：比例放大电路可以将微弱的音频信号放大，用于驱动扬声器或其他音频输出设备。
2.电源稳压器：比例放大电路可以将电源输出稳定在所需的电压水平，用于稳定电源电压或进行电压调节。
3.无线通信系统：比例放大电路可以放大无线通信信号，用于增强信号强度或扩大通信范围。
4.传感器信号处理：比例放大电路可以放大传感器输出的微弱信号，用于传感器信号的处理和传输。
四、设计方法设计比例放大电路时需要考虑以下几个因素：1.确定输入信号的幅度和频率范围；2.选择合适的晶体管和偏置电压；3.根据所需的增益和带宽调整晶体管的放大系数；4.设计合适的反馈网络以减小误差和改善频率响应；5.考虑电路的功耗和散热设计。
详细版比例放大器工作原理.ppt
输出
流量 输入电压
3.0
10V
输入
0V
增益调整
增益减小意味着需要较高的输 入信号，才能产生一定输出。 可以这样设定增益，即当输入 信号达到最大时，阀口开度也 应最大。
输出
流量 输入电压
4.0
10V
输入
0V
增益调整
增益减小意味着需要较高的输 入信号，才能产生一定输出。 可以这样设定增益，即当输入 信号达到最大时，阀口开度也 应最大。
输出
流量 输入电压
4.0
10V
输入
0V
死区补偿
此时将产生与输入信号0.1 0.2 V 相对应的流量，然后， 阀口将随着输入信号的增加而
逐渐开启。
输出
流量 输入电压
5.0
10V
输入
0V
死区补偿
此时将产生与输入信号0.1 0.2 V 相对应的流量，然后， 阀口将随着输入信号的增加而
逐渐开启。
输出
流量 输入电压
输入 输出
流量
时间
10.0
时间
斜坡调整
然而，当选择斜坡功能时，功 率放大器输出就以一定速度变 化（增加及降低）。
输入 输出
流量
时间
10.0
时间
斜坡调整
然而，当选择斜坡功能时，功 率放大器输出就以一定速度变 化（增加及降低）。
输入 输出
流量
时间
10.0
时间
斜坡调整
然而，当选择斜坡功能时，功 率放大器输出就以一定速度变 化（增加及降低）。
功率放大器
阀芯
比例电磁铁
该部分说明了Eurocard 型 功率放大器的设定过程，但 其也适合于其它类型的放大 器。其他类型功率放大器也 都采用这种设定方式。
实验七集成运算放大器反相比例放大器
实验七 集成运算放大器1、 反相比例放大器用集成运放组件接成反相比例放大器，其电路如图7-1所示。
图中元件参数如下： R 1=1K Ω，R f =10K Ω，R 2=R 1//R f ，输入信号由EMS-Ⅳ型模拟电子电路实验系统中的直流供电系统-5V~5V ，调节到表7-1值。
用数字三用表直流电压挡测量电压，数据记录于表7-1 中。
2、 反相加法器用集成运放组件接成两输入反相加法器，输入信号U i1、U i2分别由EMS-Ⅳ型模拟电子电路实验系统中的直流供电系统-5V~5V ，调节到表7-2值。
电路如图7-2所示。
图中元件参数如下：R 1=R 2=R f =1K Ω。
数据记录于表7-2 中。
表7-1表7-23、正弦波发生器用集成运放组件接成RC 串并联选频网络正弦波发生器，其电路如图7-3所示。
图中R 、C 分别为10K Ω、0.01µF 。
调节20 K Ω电位器，在示波器获得一个稳定无失真的正弦波。
根据波形分别测出周期T 和输出电压的峰-峰值U P-P 。
最后根据所测周期算出频率f 与根据电路元件值用公式RCf π21=计算值进行比较。
-iu ou 1R 2R FR ∞+-+-1s u 2s u ou 1R 2R FR ∞图7-34、积分运算电路用集成运放组件接成积分运算电路，其电路如图7-4所示。
图中R 1、C F 分别为10K Ω、10µF 及7.5 K Ω、10µF 两种情况。
输入信号U i 为1V 直流电压，粗略测量输出电压U O 随时间变化的曲线。
将观察测得的数据记录如下：1、R 1=10K Ω，C F =10µF ，T 1= ，U OSAT =2、R 1=7.5K Ω，C F =10µF ，T 1= ，U OSAT = 5、电压比较器用集成运放组件接成电压比较器，其电路如图7-5所示。
图中R 1、R 2均为1K Ω，直流参考电压U R 及输入电压分别由EMS-Ⅳ型模拟电子电路实验系统中的直流供电系统-5V~5V 提供。
模拟电子技术课程设计(反向比例放大器)
模拟电子技术课程设计报告题目：基本运算电路（反相比例运算）专业：通信工程班级： 09通信（二）班姓名： 2222指导教师： 2222电气工程系2011年5月25日课程设计任务书学生班级：09通信（二）班学生姓名：徐伟星学号：0909131069设计名称：基本运算电路（反相比例运算）起止日期：2011-5-23——2011-5-29指导教师：周珍艮前言反相比例运算电路是一门发展迅速、实践性和应用性很强的电子线路。
为了适应现代电子技术飞跃发展的需要，更好的培养21世纪应用型电子技术人才，需要在加强学生基础理论学习的同时，还要加强实验技能的训练。
提高动手能力和课堂理论知识是相辅相成的。
将理论知识、课题内容的作业、讨论与技能训练相结合，融为一体，课程设计以此为目的使能力培养贯穿于整个教学过程。
本次课程设计综合了模拟电路电子线路中的许多理论知识，它使我们学过的相关理论知识得到更好的巩固，并使理论知识与实际问题相联系。
提高自己的动手实践能力、安装与检测电路的能力。
其中主要涉及到的基础知识有集成运放的应用，放大电路的分析方法和应用，负反馈放大电路与基本运算电路的性能与作用，基本偏置电路的设计及其应用等。
在设计的过程中还涉及到了应用Protel制作原理图的一些基础知识。
对于综合运用所学过的知识有一定的帮助和巩固。
限于学生能力有限、时间创促和初次设计制做，设计中难免存在错误、错漏和不妥之处，恳请老师给予指正，在此致谢。
编者徐伟星2011年5月26日目录第一章、电路工作原理及基本关系式1.1设计任务及目的- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - -51.2 电路工作原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 51.3、反相比例运算电路的特点- -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 61.4 反相比例放大电路的运用- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 第二章、电路设计与调试2.1 电路设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 72.1电路相关分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -72.2电路相关研究- - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10 第三章、实验总结附录A 元件清单参考文献第一章、电路工作原理及基本关系式1.1设计任务及目的任务：利用集成运放在各种运算电路上的一些应用设计一个反相比例运算电路，并测量反相比例运算放大器的电压增益。
同相比例放大器和反相比例放大器
同相比例放大器和反相比例放大器在电子电路中，放大器是一种电路，它可以放大电压或电流信号。
在放大器中，同相比例放大器和反相比例放大器是两种常见的类型。
它们分别具有不同的特点和应用场景。
本文将从深度和广度两个方面对这两种放大器进行全面评估，以便读者能更全面地了解它们的工作原理和应用。
一、同相比例放大器同相比例放大器是一种电路，它具有高输入阻抗、低输出阻抗，可以将输入信号放大并输出。
在同相比例放大器中，输入信号与反馈信号极性相同，通过放大器放大后输出。
同相比例放大器通常用于放大正向输入信号，具有放大和滤波的功能。
它可以用于信号放大、滤波、控制系统和传感器等方面。
同相比例放大器的特点是增益稳定、频率响应宽、噪声低、非常适用于微弱信号的放大。
它还具有高共模抑制比、低温漂移和低功耗的优点。
同相比例放大器在工业控制、通信系统、生物医学仪器等领域得到了广泛的应用。
二、反相比例放大器反相比例放大器是一种电路，它具有高输入阻抗、低输出阻抗，可以将输入信号放大并输出。
在反相比例放大器中，输入信号与反馈信号极性相反，通过放大器放大后输出。
反相比例放大器通常用于放大负向输入信号，具有放大和反相的功能。
它可以用于反向信号放大、运算放大器、滤波器和振荡器等方面。
反相比例放大器的特点是增益稳定、频率响应宽、噪声低、非常适用于微弱信号的放大。
它还具有高共模抑制比、低温漂移和低功耗的优点。
反相比例放大器在音频处理、信号放大、滤波器和振荡器等领域得到了广泛的应用。
总结回顾在本文中，我们对同相比例放大器和反相比例放大器进行了深度和广度的评估。
我们了解到，同相比例放大器和反相比例放大器分别适用于不同类型的输入信号，并具有放大和滤波的功能。
它们在工业控制、通信系统、生物医学仪器、音频处理、信号放大等领域得到了广泛的应用。
个人观点和理解在我看来，同相比例放大器和反相比例放大器作为常见的放大器类型，具有各自独特的特点和应用场景。
在实际工程和科研中，选择合适的放大器类型对于系统的性能和稳定性至关重要。
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151实验三 比例放大电路的设计一．实验目的1．掌握集成运放线性应用电路的设计方法。
2．掌握电路的安装、调试与电路性能指标的测试方法。
二．预习要求1．根据给出的指标，设计电路并计算电路的有关参数。
2．画出标有元件值的电路图，制定出实验方案，选择实验仪器设备。
3．写出预习报告三. 比例放大电路的特点、设计与调试（一）．反相比例放大电路 1．反相比例放大电路的特点 U 由运算放大器组成的反相比例放大电 U o 路如图1所示。
根据集成运算放大器的基本原理，反 相比例放大电路的闭环特性为： 闭环电压增益：1R R A fuf -= （1） 图1 反相比例放大器输入电阻 1R R if = （2） 输出电阻 01≈+=uoo of KA R R （3）其中： A uo 为运放的开环电压增益，fR R R K +=11环路带宽 fuo o fR R A BW BW1⋅⋅= （4）其中：BW o 为运放的开环带宽。
最佳反馈电阻 KR R R oid f 2⋅==2)1(uf o id A R R -⋅ （5）上式中：R id 为运放的差模输入电阻，R o 为运放的输出电阻。
平衡电阻 f P R R R //1= （6）从以上公式可以看出，由运算放大器组成的反相输入比例放大电路具有以下特性： （1）在深度负反馈的情况下工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻R 1和 R f 的值决定。
（2）由于同相端接地，故反相端的电位为“虚地”，因此，对前级信号源来说，其负载不是运放本身的输入电阻，而是电路的闭环输入电阻R 1。
由于R if = R 1，因此反相比例放大电152路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合（小于500k Ω） （3）在深度负反馈的情况下，运放的输出电阻很小。
2．反相比例放大电路的设计反相比例放大电路的设计，就是根据给定的性能指标，计算并确定运算放大器的各项参数以及外电路的元件参数。
例如，要设计一个反相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压增益A u f ，闭环带宽BW f ，闭环输入电阻R i f ，最小输入信号U Imin ，最大输出电压U O max ，负载电阻R L ，工作温度范围。
设计步骤如下：（1）选择集成运算放大器选用集成运算放大器时，应先查阅有关产品手册，了解以下主要参数：运放的开环电 压增益A uo ，运放的开环带宽BW o ，运放的输入失调电压U IO 、输入失调电压温漂∂U IO /∂T ，输入失调电流I Io 、输入失调电流温漂∂I IO /∂T ，输入偏置电流I IB ，运放的差模输入电阻R id 和输出电阻R o 等。
为了减小比例放大电路的闭环电压增益误差，提高放大电路的工作稳定性，应尽量选 用输入失调参数小，开环电压增益和差模输入电阻大，输出电阻小的集成运放。
为了减小比例放大电路的动态误差，（主要是频率失真与相位失真），集成运算放大器的增益带宽积A u ·BW 和转换速率S R 还应满足以下关系：A u ·BW >∣A u f ∣·BW f S R > 2πf max U O max 上式中，f max 是输入信号的最高工作频率。
U Omax 是集成运算放大器的最大输出电压。
（2）计算最佳反馈电阻按以下公式计算最佳反馈电阻：KR R R oid f 2⋅==2)1(uf o id A R R -⋅为了保证放大电路工作时，不超过集成运算放大器所允许的最大输出电流I Omax ，R f 值的选取还必须满足：maxmax //O O L f I UR R >。
如果算出来的R f 太小，不满足上式时，应另外选择一个最大输出电流I Omax 较大且能满足 式（1）中要求的运算放大器。
在放大倍数要求不高的情况下，可以选用比最佳反馈电阻值大的R f 。
（3）计算输入电阻R 1uf fA R R =1由上式计算出来的R 1必须大于或等于设计要求规定的闭环输入电阻R if 。
否则应改变R f 的值，或另选差模输入电阻高的集成运算放大器。
（4）计算平衡电阻R PR P =R 1//R f （5）计算输入失调温漂电压T dT dI R T dTdU R R U IO IO f I ∆+∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆111 要求ΔU I << U Imin 。
一般应使 U Imin > 100ΔU I ，这样才能使温漂引起的误差小于1%。
若153ΔU I 不满足要求，应另外选择漂移小的集成运算放大器。
3．反相比例放大电路的调试与性能测试（1）消除自激振荡按照所设计的电路和计算的参数，选择元件，安装电路，弄清集成运放的电源端，调 零端、输入与输出端。
根据所用运放的型号和A uo 的大小，考虑是否需要相位补偿。
若需要相位补偿，应从使用手册中查出相应的补偿电路及其元件参数。
当完成相位补偿后，将放大电路的输入端接地，检查无误后，接通电源。
用示波器观察其输出端是否有振荡波形。
若有振荡波形，应适当地调整补偿电路的参数，直至完全消除自激振荡为止。
在观察输出波形时，应把噪声波形和自激振荡波形区分开来。
噪声波形是一个频率不定，幅值不定的波形，自激振荡波形是一个频率和幅度固定的周期波形。
（2）调零把输入端接地，用直流电压表测量输出电压，检查输出电压U O 是否等于零，若U O 不等于零，应仔细调节运放的调零电位器，使输出电压为零。
（3）在输入端加入U I =0.1V 的直流信号,用直流电压表测量输出电压。
将测量值与计算值 进行比较，看是否满足设计要求。
（4）观察输出波形在输入端加入f=1000Hz ，U i m =1V 的交流信号，用示波器观察输出波形，若输出波形出现“平顶形”失真，表明运放已进入饱和区工作，此时应提高电源电压，以消除“平顶形”失真。
R（二）同相比例放大电路 1．同相比例放大电路的特点 由运算放大器组成的同相输入比例 U o 放大电路如图2所示。
同相放大器的电压放大倍数为： 1111R R R R R U UA f f I O uf +=+== （7）同相放大器的输入电阻为： 图2 同相比例放大器 R if =R 1//R f +R id （1+A uo • F ） （8）其中：R id 是运放的差模输入电阻，A uo 是集成运放的开环电压增益，F=R 1/(R 1+R f ）为反馈系数。
输出电阻：R o ≈0放大器同相端的直流平衡电阻为：R P = R f // R 1。
（9）放大器的闭环带宽为： o ufuo fBW A A BW⋅=（10）最佳反馈电阻 =f R 2ufo id A R R ⋅⋅ （11）2．同相比例放大电路的设计要求设计一个同相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压放大倍数A u f ，闭环带宽BW f ，闭环输入电阻R i f ，最小输入信号U Imin ，最大输出电压U O max ，负载电阻R L ，工作温度范围。
设计步骤：（1）选择集成运算放大器在设计同相放大器时，对于所选用的集成运算放大器，除了要满足反相比例放大电路154设计中所提出的各项要求外，集成运放共模输入电压的最大值还必须满足实际共模输入信号的最大值。
并且要求集成运放具有很高的共模抑制比。
当要求共模误差电压小于ΔU OC 时，集成运放的共模抑制比必须满足： uf OCIC CMR A U U K ⋅∆>式中：U IC 是运放输入端的实际共模输入信号。
ΔU OC 是运放的共模误差电压。
（2）元件参数的计算1) 按以下公式计算最佳反馈电阻：2ufo id f A R R R ⋅⋅=2）按以下公式计算R 1 11-=uf f A R R为了保证电路工作时，不超过集成运放的最大输出电流I Omax ，R L 、R f 和R 1还必须满足以 下关系：m a xm a x 1)//(O O f L I U R R R >+3） 计算平衡电阻R P考虑到信号源内阻R S 的影响，R P =（R 1//R f ）– R S （3）计算输入失调温漂电压 T T I R TUU IO P IOI ∆⎪⎭⎫⎝⎛∂∂⋅+∂∂=∆ 要求ΔU I <<U Imin 。
一般应使U Imin >100ΔU I ，这样才能使温漂引起的误差小于1%。
如果计算出来的ΔU I 不满足要求，应另外选择漂移小的集成运算放大器。
3.同相比例放大电路的调试与性能测试（具体步骤与反相比例放大电路相同）四．实验内容1．反相比例放大器的设计、安装与测试设计与安装一个反相比例放大器，使之满足A u f = －5（R f 、R 1、R 自选）。
1) 输入U I = +1.5V 的直流信号,用直流电压表测量输出电压U O 。
2) 输入f = 1kHz ，U im = 0.2V 的交流信号，用示波器测量输出电压u o 的幅值U o m 、输出电压与输入电压之间的相位差。
2．同相比例放大器的设计、安装与测试设计与安装一个同相比例放大器，使满足A u f = 6。
1) 输入U I = +1.5V 的直流信号,用直流电压表测量输出电压U O 。
2) 输入f = 1kHz ，U im = 0.2V 的交流信号，用示波器测量输出电压u o 的幅值U o m 、输出电压与输入电压之间的相位差。
3。
电压跟随器的设计、安装与测试设计与安装一个电压跟随器，使满足U O = U I 的关系。
1) 输入U I = +1.5V 的直流信号,用直流电压表测量输出电压U O 。
2) 输入f =1kHz，U im = 0.2V的交流信号，用示波器测量输出电压u o的幅值U o m、输出电压与输入电压之间的相位差。
4．加法器的设计、安装与测试设计与安装一个加法器电路，使满足u o = －（10 u i1＋2 u i2），R f、R1、R2自选。
1）输入U I1 = +0.5V、U I2 = –1.5V的直流信号,用直流电压表测量输出电压U O。
2）输入f =1kHz，U im1 = U im2 = U im3 = 0.2V的交流信号，用示波器测量输出电压u o的幅值U om。
五．实验报告要求1．写出电路的设计过程。
2．画出标有元件值的实验电路。
3．写出调试与测试过程4．整理实验数据，将实验结果与理论值比较，分析误差原因。
155。