【每日一题】集成运算放大器有源设计的基该方法

【每日一题】集成运算放大器有源设计的基该方法

深度res7532022-09-23 6:50:1922A+A-

一、阻抗变压器简介

阻抗匹配是无线电技术中常见的工作状态,它反映了输入电路和输出电路之间的功率传递关系。当电路实现阻抗匹配时,将获得最大功率传输。反之,当电路的阻抗不匹配时,不仅不能获得最大功率传输,还可能损坏电路。

阻抗匹配常见于各级放大器电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机之间、发射机与天线之间等。例如,必须实现放大器的输出电路和扬声器之间的阻抗匹配。如果阻抗不匹配,功放的输出功率就不能完全送到扬声器。如果扬声器的阻抗远小于功放的输出阻抗,则功放处于过载状态,其末级功放管很容易损坏。反之,如果喇叭的阻抗高于功放的输出阻抗,就会导致输出电压升高,也不利于功放的工作,而且声音也会失真。因此,放大电路的输出阻抗越接近扬声器的阻抗越好。

为了匹配其阻抗,需要使用阻抗转换器进行匹配。阻抗转换器中常用的同轴线阻抗转换器有两种:线性梯度型和阶梯型。输入阻抗和输出阻抗形成一定关系的双端口网络。1954年,JG Linville将负阻抗变换器用于有源滤波器,并建立了相关理论。随着集成电路技术的进步,采用集成运算放大器构成阻抗变换器已成为阻抗变换器有源滤波器设计的基本方法。

二、阻抗变压器的种类 广义阻抗变压器

对于图 1 中的双端口网络,输入电压 U1(s)、输入电流 I1(s) 与输出电压 U2(s) 和输出电流 I2(s) 之间的关系可写为 (< @k2@ >公式中的参数A、B、C、D是由网络的结构、组件属性和取值决定的,如果一个网络的组成使得这四个参数中的B=C=0,但 A 和 D 为 0,则网络的输入阻抗 Zi(s) 将为 (2) 其中 f(s)=A/D,称为变换因子,是复频率变量 s 的函数。公式(2)反映了输入阻抗Zi(s)与负载阻抗ZL(s)有比例变换关系。

阻抗变换器的作用分析,阻抗变换器电路

图1

阻抗变压器

有源网络中常用的负阻抗变换器(NIC)也是一种广义阻抗变换器,但它的变换因子f(s)是一个负实常数,使得连接到网络一侧的阻抗变换为另一个负阻抗在侧面,因此它可以用作负电阻元件。

广义阻抗逆变器

对于图1中两端口网络的四个参数,如果A=D=0,但B和C为0,那么两个端口上的阻抗关系将是(3)表示看到的阻抗来自一个端口的阻抗 Zi(s) 与通过另一端口的负载 ZL(s) 成反比关系。在公式中,g(s)=B/C,称为倒数变换因子。广义阻抗倒数器是基于BDH Tellegen,于1948年首次提出。不同的网络结构有不同的参数B和C由它决定,因此可以得到不同类型的阻抗倒数特性。

图 2a

回转器

一个常用的阻抗往复器,其网络参数B=r,C=1/r,倒数变换因子g(s)=B/C=r2。式中,r为正实常数电容分压式阻抗变换分析电路证明n,称为回转阻力。当一个电容C接到回转器的一个端口时,另一个端口的阻抗会呈现感抗特性,即根据公式(3)有(4)公式称为模拟电感值,如C=1微法,r=10千欧,可以用来模拟100亨利电感。

阻抗转换器的转换内容和电路形式很多。图 2a 是一个典型的由运算放大器组成的 GIC 电路。如果运算放大器是理想的,电路的输入阻抗为(5)如果图中的Z1、Z2、Z3换成一个电阻R1、R< @2、R3,用电容C代替Z4,使负载为纯电阻RL,电路变成图2b的形式,输入阻抗为(6)相当于一个接地电感,其等效电感。

阻抗变压器

若将图2a中的Z2、Z3、Z4换成电阻R2、R3、R4,将Z1换成电容C1,负载为纯电容CL,那么这个电路一旦变成图2c的形式,它的输入阻抗为(7)当s=jw时,(8)是一个与频率的平方成反比的负电阻,称为变频负电阻 (FDNR) 是有源网络中的另一个双端口组件。

回转器电路可以用两个运算放大器来实现。如果运算放大器是理想器件,负载端接一个电容 C,则从输入端看到的输入阻抗相当于一个电压。此外,变压器、射极跟随器和各种传输线元件可以作为用于实现阻抗变换的网络元件。

三、阻抗转换器的作用

阻抗转换器的作用是解决微波传输线与微波器件之间的匹配问题。正常情况下,同轴传输线的阻抗为75Ω,而馈线连接的极化分离器和通道滤波器的输入输出阻抗为50Ω。.

四、阻抗变压器电路

阻抗变换器的作用分析,阻抗变换器电路

阻抗转换器将两个电极之间的阻抗转换为电压,送入HMS87C1408B进行A/D转换。HMS87C-1408B对转换后的数值进行处理后送LCD显示,语音电路输出报号信息或超标提示。由于测试仪经常需要在户外阳光下和晚上操作,可以使用自动背光控制电路来自动调节液晶显示​​屏的亮度。自动背光通过光敏电阻感应外界环境的照度,将其转换成电压直接控制背光源的电流,实现自动背光控制。按键用于设置待测对象的类型或品种,选择语音提示或语音报告方式,超过阈值,因温度变化需要校正的值,按键显示平均值等。电源电路用于转换6V电池电压3.9 V 系统电源。当电池电压降至4.5V时电容分压式阻抗变换分析电路证明n,低电压检测电路检测并提供电平转换信号给主控芯片,主控芯片通过语音电路播放“请更换电池”的语音.

阻抗变换电路是系统的重要电路,其性能关系到测试数据的准确性和测试数据的有效范围。系统选用单电源、低漂移、高阻运算放大器TLC27L2B结合外围电阻组成阻抗变换电路。TLC27L2B的输入阻抗高达1012Ω,而被测物如籽棉、油菜籽和谷物(包括水稻、玉米和小麦)的阻抗从几百KΩ到10GΩ不等。因此,TLC27L2B适合用作阻抗转换器,其功能功耗非常低。阻抗转换器电路如图2所示。它实际上是一个电压跟随器电路。

阻抗变换器的作用分析,阻抗变换器电路

Rc和Rd分别为运算放大器的差分输入电阻和共模输入电阻;K 是运算放大器的开环增益。

输出电压:

Rm为测得的阻抗,当电子开关Kd闭合时,R12=R1//R2,当Kd断开时,R12=R1。Kd 用于调整测量阻抗的范围。当 R1 选择 30 MΩ 时,测得的阻抗可高达 10 GΩ。Usc 分压后送至主控芯片进行A/D 转换,得到含水量。

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