任务四人体入侵监视电路的分析与制作-重庆科创职业学院.

返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7人体入侵监视电路的分析与制作任务四任务提出任务目标相关知识任务分析任务制作返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7任务提出下图为一个人体入侵监视电路，试分析其工作原理并制作该电路返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7任务目标通过对人体入侵监视电路的分析与制作，使学生理解和掌握集成运算放大器的基本知识和基本应用电路，能按工艺要求独立进行电路装配、测试和调试，并能独立排除装配、调试过程中出现的故障。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7相关知识1、基本知识(1)集成运算放大器的基础知识集成电路是采用一定的工艺，把电路中所需要的管子、电阻、电容等元器件及电路的连线都集成制作在一块半导体基片上，再封装在一个管壳内，成为具有所需功能的模块。集成电路按性能和用途的不同，可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类。集成运算放大器就属于模拟集成电路中的一种。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7①电路结构集成运算放大器(简称集成运放)是用集成电路工艺制成的，具有很高电压增益的直接耦合多级放大器。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7通常，在应用集成运放时只需要知道它的引脚的用途以及主要参数即可。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7②分类特性通用型专用型构造双极型场效应管型返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7③电压传输特性在分析运算放大器时，一般将它看成是一个理想运算放大器。所谓的理想运算放大器，就是将其主要技术指标看成是理想化的。反相输入同相输入输出国外符号返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7信号输入模式差模输入共模输入返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7用共模抑制KCMR比衡量运放对共模信号的抑制能力和对差模信号的放大能力。uCuDCMRAAK表示输出电压与差模输入电压之间关系的特性曲线称为集成运放的传输特性。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7线性区是一个线性放大元件，其输出信号和输入信号之间满足)(NPuDOUUAU返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7由于AuD很大，很小的差模信号也会使运放进入非线性区。为了保证集成运放可靠地工作在线性区，在构成线性放大电路时，需引入深度负反馈，以减小运放的净输入，保证输出电压不超过线性范围。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7非线性区由于AuD→∞，所以当UP略大于UN时，趋向输出正饱和电压+UO（sat）；当UP略小于UN时，趋向输出负饱和电压-UO(sat)。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7④主要参数开环差模放大电压倍数AuD输入失调电压UIO输入失调电流IIO输入偏置电流IIB输入失调电压温度漂移dUI/dt返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7开环差模输入电阻RiD最大差模输入电压UIDM最大共模输入电压UICM-3db带宽fh和单位增差带宽fc最大输出电压UOPP返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7(2)集成运算放大器的线性应用工作在线性区的理想运算放大器，有以下两条结论理想运放两个输入端对地的电压近似相等，即(UN-UP)，或UNUP。UNUP，从表面看起来同相端与反相端之间相当于短路，但事实上，这两点并没有短接在一起，所以不是真正的短路，我们称之为“虚假短路”，简称“虚短”。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7NPvv线性区返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7理想运放的两输入端基本不取电流，即IP=IN。两输入端电流为零，从表面看起来运放的两个输入端之间相当于断路，但事实上，这两点并没有断开，所以不是真正的断路，我们称之为“虚假断路”，简称“虚断”。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/70PNii线性区与非线性区返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7①反相输入式放大电路虚地返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7由于“虚断”和“虚短”，有0PNuuFIiiFOIRuRu11RRuuAFIOuf输出与输入电压相位相反，大小成比例关系。比例系数(即电压放大倍数)等于外接电阻RF与R1的比值，与运放本身的参数无关。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7因为反相输入端“虚地”，显而易见，电路的输入电阻为Rif=R1。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7此外，由于“虚地”，加在集成运放输入端的共模电压近似为零，因此对运放的共模参数要求较低；由于引入电压负反馈，输出电阻小，所以带负载能力强；由于引入并联负反馈，输入电阻小，输入端要向信号源吸取一定的电流。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7②同相输入式放大电路返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7由于“虚断”和“虚短”，有IPNuuuIPOFNuuuRRRu1111RRuuAFIOuf放大电路的输出和输入电压相位相同，大小成比例关系。比例系数(即电压放大倍数)与运放的参数无关。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7电压跟随器返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7此外，在集成运放输入端存在共模输入电压，因此对运放的共模抑制比要求要高；由于引入电压负反馈，输出电阻小，所以带负载能力强；由于引入串联负反馈，输入电阻较高，可达20MΩ以上，可近似为无穷大。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7③双端输入式放大电路211IFOuRRuuI1=0采用叠加原理分析返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7uI2=0返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/71323IPuRRRu113231211IFFpOuRRRRRRRuu1211132321IFIFOOOuRRuRRRRRuuu若满足R1=R2，RF=R3211IIFOuuRRu存在共模输入电压，输出电阻较小。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7④加法运算电路返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7由于“虚断”和“虚短”，有FIIIiiii321FoIIIRuRuRuRu332211332211IFIFIFouRRuRRuRRu返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7⑤积分运算电路返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7由于反相输入式放大电路的存在“虚地”现象，所以输出电压取决于电容器的端电压。而电路的输入电流由输入电压与电阻R确定。RuiiIICdtuRCdtRuCuuIICO11若积分开始前，电容两点已经存在一个初始电压UO(0)，则)0(1OIOUdtuRCu返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7⑥微分运算电路返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7由于存在“虚断”和“虚地”。FIiidtduCRdtduCRRiRiuIFCFFIFFO缺点：一是此微分电路对输入信号中的高频噪声的抗干扰能力较差；二是由于RFC形成移相环节，易使电路产生自激振荡；三是当输入信号发生突变时有可能超过集成运放允许的共模电压。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7限流限制输出电压相位补偿返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7(3)电压比较器工作在非线性区理想运算放大器，有以下两条结论电压比较器是一种常用的模拟处理电路。它将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，并将比较的结果以不同电平值方式输出。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7理想运放的输出电压只有两种可能，或等于正向饱和值+U(sat)，或等于负向-U(sat)。当uPuN时，uO=+U(sat)；当uPuN时，uO=-U(sat)。不存在“虚短”现象。在非线性区，虽然运放两个输入端的电压不等，但理想运放的输入电流等于零。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7①单限比较器基本功能是比较两个电压的大小，并由输出的高电平或低电平来反映比较的结果。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7uR接同相端返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7uR接反相端返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7过零比较器返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7②双限比较器双限电压比较器(又称窗口比较器)用于检测uI是否处于U1和U2(U1U2)两个电平之间。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/72、知识拓展(1)迟滞比较器前述的比较器具有电路简单、灵敏度高等优点，但存在的主要问题是抗干扰能力差。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7电路输出正饱和电压时，得上限门限电平UTH1FsatoFFRTHRRRURRRUU22)(21电路输出负饱和电压时，得下限门限电平UTH2FsatOFFRTHRRRURRRUU22)(22＝返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7FsatoTHTHTHRRRUUUU22)(212＝回差电压返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7(2)单电源交流放大电路为保证单电源工作时，集成运放内部各点间的相对直流电压和双电源运用时完全一致，在静态时需将集成运放输入端和输出端的直流电位偏置到(1/2)VCC。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7(3)线性整流电路利用二极管可实现整流，但二极管存在死区电压，当信号的幅值较小时，整流后的波形会出现失真现象甚至不能整流。这时可利用运放来组成线性整流电路解决这一问题。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7线性半波整流返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7线性全波整流11'2222oioiouuuRRuRRu返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7(4)有源滤波电路与无源滤波器相比，有源滤波器具有一定的信号放大和带负载能力，可以很方便地改变其特性参数；另外由于不使用电感元件，可减小滤波器的体积和重量。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7①低通滤波器返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7②高通滤波器返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7③带通、带阻滤波器把带通滤波器的幅频特性与高通和低通滤波器的幅频特性相比，不难看出，如果低通滤波器的上限截止频率fH高于高通滤波器的下限截止频率fL，那么把低通与高通滤波器“串接”起来就可组成带通滤波器。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7返节目录电子电路分析与实践电