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Ch1_物理量變化的轉換：電流與電壓
- 1. 感測器應用與線路分析
第一章物理量變化的轉換：電流與電壓
聖約翰科技大學 盧明智
1-1 電流變化的轉換 1-1-1壓降法 1-1-2分流法
1-2 電壓變化的轉換 OP AMP的認識 OP AMP的接腳 OP AMP的功用
1-3-1 ～ 1-3-7各種電壓放大器
1-5 OP AMP的抵補調整
1-4 OP AMP的選用
產業接軌：
1.實用放大器必須考慮的項目
反相、非反相、差值放大
器與電壓隨耦器
1
2.資料手冊導讀
感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
AD590電流變化感溫IC
LM35電壓變化感溫IC
熱敏電阻電阻變化感溫元件
AD590 LM35
2
- 4. 感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
OP AMP的接腳
… 每一個OP AMP一定有
(V(-) ，V(+) )， Vo 和
(VCC，VCC) 這五支接腳
… Ch 和 (OS1，OS2)並非
每一個OP Amp都有。
1.輸入：V(-)(反相輸入端)和V(+) (非反相輸入端)
2.輸出：Vo(只有一支輸出端)，Vo =[ V(+) －V(-) ]AVo
3.電源：＋VCC和－VCC (雙電源)，也可以用單電源(VCC 和接地)
4.抵補：OS1和OS2(或是只有OS1)，常接一個可變電阻，當Vi =0時，
理應V0 =0，實際上卻是V0 ≠ 0，則調可變電阻 ，達到V0 = 0，
叫做抵補校正。
5.補償：Ch，這一支腳接一個小電容，可以濾除高頻干擾。
7
感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
電壓比較與電壓放大OP AMP的功用
8
比較
比較
比較
- 5. Av＝－(Rf /R1)
Vo1＝Av×V%
R' ＝ R1
Av＝1＋(R(/R¡)
V)0＝Av×V0
R' ＝∞
Av＝1
V)1＝V1
R' ＝∞
Av＝R( /R¡
Vo2＝(V3-V4)×(R(/R¡)
R' ＝2R1
反相放大器 非反相放大器
差值放大器 電壓隨耦器
感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
1-3-1 ～ 1-3-7各種電壓放大器
9
Va
Vb
R56
R56
R56
R56
78
78
78
Av＝1＋(0/∞)
＝1
感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
1-3-1 ～1-3-7各種電壓放大器
VO ＝【2(1＋R8/RG)】×(V2-V1)
放大率： 【2(1＋R8/RG)】
VO3 ＝【(1＋2RB/RA)×(R2/R1)】×(V2-V1)
放大率： 【(1＋2RB/RA)×(R2/R1)】
雙OP儀器放大器 三OP儀器放大器
單IC儀器放大器
差值放大器 缺點？
AD622
10
儀器放大器
- 6. 感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
1-3-1 ～1-3-7各種電壓放大器
電阻微量變化的偵測電路
當R2 ＝KR1 ，R3 ＝KR
VO ＝ 【- △R/(R1+R)】 ×Vref
VO與△R的變化量成正比
VO與△R的變化量成正比
電阻微量變化的偵測電路
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OP Amp的認識與回顧
(1) OP Amp內部方塊如何？
(2) OP Amp放大的原理是甚麼？
(3) OP Amp應該有那些理想的特性？
(4) OP Amp接腳的種類？
(5) OP Amp產品的分類？
(6) OP Amp的回授種類？
(7) OP Amp當放大器的回授情形？
(8) OP Amp虛接地的現象是甚麼？
(9) 繪出OP Amp放大器的四種架構。
(10)請整理四種架構的放大率、輸入阻抗 、輸出阻抗。
請同學把筆記拿出來我唸你寫
並把我唸的文字轉成圖像
感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
12
- 7. 感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
1. 請您設計一個輸入阻抗10k Ω ，放大率20倍的反相放大器。
2. 若±Vcc ＝ ±12V ，輸入信號為0.5 Sin ωt正弦波，請繪出輸入和輸出波形。
3. 若輸入信號為2 Sin ωt正弦波，請繪出該反相放大器輸入和輸出波形。
4. 請繪出該反相放大器輸入和輸出的轉換特性曲線。
5. 若改成設計放大率為20倍的非反相放大器，請繪出這個非反相放大器電路。
6. 若±Vcc ＝ ±12V ，輸入信號為0.5 Sin ωt正弦波，請繪出輸入和輸出波形。
7. 若輸入信號為2 Sin ωt正弦波，請繪出該非反相放大器輸入和輸出波形。
8. 請繪出該非反相放大器輸入和輸出的轉換特性曲線。
9. 請您設計一個輸入阻抗20k Ω ，放大率20倍的差值放大器。
10.若±Vcc ＝ ±12V ，負端輸入信號為0.5 Sin ωt正弦波，正端輸入信號為
0.5V ，請繪出輸入和輸出波形。
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感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
1-5 OP AMP的抵補調整
非反相與反相放大器電壓隨耦器 差值放大器
輸入電壓＝0 ，卻是輸出電壓≠0 抵補現象
OP AMP產生抵補現象的原因……1.偏壓電流的存在 2.輸入級差動放大器不對稱
1.內部抵補調整 依資料手冊的規定加可變電阻
輸入電壓＝0 ，卻是輸出電壓≠0 調可變電阻直到輸出電壓＝0
LM741 LM111TL061
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- 11. 感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
實用放大器必須考慮的項目
CMRR共模拒斥比 (Common-Moole Rejection
Ratio) 是一個代表OP Amp受共模信號影響的情形
有多少的參數。
理論上OP Amp 的輸出VH = AolVol，當VIPQ=VIRQ，
但因(+，－)兩端受到鄰近的干擾，如60Hz交流感
應，相當於(+，－)同時被加上VST的共模信號，也
被放大。則重寫VH，VH = AolVU + ASTVST ..才會使
VH 0
為了方便判斷OP Amp 的好壞而定義
CMRR為 CMRR=
我們已經知道Aol在100DbB上下(10萬
倍左右)而更希望Acm非常小，便能使
Ucm所造成的輸出小到可以忽略掉。因
CMRR愈大愈好，所以希望OP Amp的Aol
愈大，Acm愈小，常用dB值來做CMRR
=(倍) = 20 log%V(dB)
轉動率SR(Slew Rate)可以看成輸
出電壓對輪入電壓的反應速度有多
快的參數。或是說成輸出跟不上輸
入變化延續了多久。我們希望SR愈
大愈好。即延遲的時間愈短愈好，
SR的測量方式如右：
SR =
SR的單位：
CMRR與SR
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感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
實用放大器必須考慮的項目 增益與頻寬
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- 12. 感測器應用與線路分析 第一章物理量變化的轉換
實用放大器必須考慮的項目 輸出最大電壓
請上網搜尋 Rail to Rail OP AMP
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OP Amp重要參數再回顧
1. 各種IC輸出結構可概分成哪三大類？
2. 為什麼輸出電壓無法達到電源電壓±Vcc？
3. 那麼IC輸出最大飽和電壓± Esat約為±Vcc的多少% ？
4. 如果把圖驣式的輸出接在一起會得到甚麼結果？
5. 如果把集極開路式的輸出接在一起會得到甚麼結果？
6. 請上網下載LM311 、 LM393 、 LM471判斷他們的輸出是哪一種類型？
7. 集極開路式的輸出使用時應該如何處理？
8. 各種IC輸出端電流方向如何？流入還是流出？
9. 集極開路式的輸出可以完成位準轉換，是如何完成的？
10. 請用一句話描述CMRR定義的內涵。
11. 請用一句話描述SR定義的內涵。
12. 選用OP Amp時要選CMRR較大的還是較小的產品？
13. 選用OP Amp時要選SR較大的還是較小的產品？
14. 0dB代表放大率是多少倍？
15. 頻率響應曲線中標示－20dB/decade代表意思？
16. 抵補現象是指甚麼現象？那些因素會造成抵補現象？
17. 抵補現象的校正方法有哪些？
18. 增益(放大率)*頻寬＝常數，是做何啟示？
19. 所有放大器中誰的頻寬最寬？
20. OP Amp輸出電流大都不超過10mA ，應如何提升？(後面章節我會詳細說明)
你用心學習
我有信心把你的創意思考能力建設起來，
為你打好最扎實的設計能力是你我的期盼與願望
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