比例放大器设计

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 。

multisim仿真反相比例放大器的电路反相比例放大器是一种常见的基本放大电路，它可以将输入信号的幅度放大，并且输出信号的相位与输入信号相反。

本文将使用Multisim软件来仿真反相比例放大器的电路。

让我们来了解一下反相比例放大器的原理。

反相比例放大器由一个差分放大器和一个负反馈电阻组成。

差分放大器由两个输入端口和一个输出端口组成。

输入信号通过负反馈电阻连接到差分放大器的负输入端口，而输出信号则从差分放大器的输出端口获取。

在Multisim中，我们可以使用操作符库中的元件来构建反相比例放大器的电路。

首先，从元件库中选择一个操作放大器，例如LM741。

将它拖放到工作区中。

接下来，我们需要添加两个电阻来构建差分放大器的输入电路。

选择一个合适的电阻元件，并将其连接到操作放大器的正输入端口和负输入端口。

然后，添加一个反馈电阻，将其连接到操作放大器的输出端口和负输入端口。

现在，我们已经搭建好了反相比例放大器的电路。

接下来，我们需要设置输入信号和测量输出信号。

在Multisim中，我们可以使用函数发生器来生成输入信号。

从元件库中选择一个函数发生器，并将其连接到操作放大器的正输入端口。

我们可以设置函数发生器的幅度和频率来模拟不同的输入信号。

例如，我们可以将幅度设置为1V，频率设置为1kHz。

然后，我们需要添加一个示波器来测量输出信号。

从元件库中选择一个示波器，并将其连接到操作放大器的输出端口。

现在，我们已经完成了反相比例放大器的电路搭建和设置。

我们可以点击运行按钮来开始仿真。

在仿真结果中，我们可以观察到输入信号和输出信号的波形。

输入信号的幅度和频率可以通过函数发生器进行调节。

输出信号的幅度将根据输入信号的幅度和反馈电阻的比例进行放大，并且相位将与输入信号相反。

通过调节反馈电阻的阻值，我们可以改变放大器的放大倍数。

较大的反馈电阻将导致较大的放大倍数，而较小的反馈电阻将导致较小的放大倍数。

在实际应用中，反相比例放大器被广泛应用于信号处理和放大电路中。

multisim仿真反相比例放大器的电路反相比例放大器是一种常见的电路，可以将输入信号放大到更高的幅度。

本文将介绍如何使用Multisim仿真反相比例放大器的电路，并解释其原理和应用。

让我们来了解一下反相放大器的基本原理。

反相放大器由一个差动放大器和一个负反馈回路组成。

差动放大器有两个输入端口，一个是非反相输入端口，另一个是反相输入端口。

负反馈回路将从输出端口获取的信号与输入信号进行比较，并将差异信号返回到反相输入端口。

这样，反相放大器可以将输入信号反向放大，并输出一个放大后的信号。

在Multisim中，我们可以通过使用操作放大器来实现反相放大器。

操作放大器是一种高增益、差分输入的电路元件，常用于放大信号。

在Multisim中，我们可以选择合适的操作放大器模型，并使用它来构建反相放大器电路。

我们需要选择一个合适的操作放大器模型。

Multisim提供了多种操作放大器模型，如LM741、LTSpice等。

选择一个适合你的需求的模型，并将其放入电路中。

接下来，我们需要添加适当的电阻来构建差动放大器。

差动放大器通常由两个电阻组成，一个连接到非反相输入端口，另一个连接到反相输入端口。

这两个电阻的比例决定了放大器的放大倍数。

在Multisim中，我们可以选择合适的电阻值，并将其放入电路中。

然后，我们需要添加负反馈回路。

负反馈回路通常由一个电阻连接到放大器的输出端口，并将其连接到反相输入端口。

这样，输出信号将与输入信号进行比较，并将差异信号返回到反相输入端口。

在Multisim中，我们可以选择适当的电阻值，并将其放入电路中。

完成上述步骤后，我们可以通过设置输入信号的幅度和频率，并运行仿真来观察反相放大器的输出信号。

在Multisim中，我们可以设置输入信号的幅度和频率，并将其应用到电路中。

然后，我们可以运行仿真，并观察输出信号的波形和幅度变化。

通过仿真，我们可以观察到反相放大器的放大倍数和频率响应。

放大倍数是指输出信号与输入信号的幅度比值。

反相放大器2012电子设计竞赛设计报告姓名:林波学号:100404023学院:电子与信息工程专业:电子信息工程设计报告一.原件参数放大主芯片为LM741;反馈电阻R1为200KΩ;输入电阻R2为20KΩ;平衡电阻R3为R1//R2=18KΩ;\调零电阻为100 KΩ;VCC为+15V;VDD为-15V;工作原理:运算放大器有反相输入端（－）和同向输入端（+）.如将同箱输入端接地，反向输入端加信号，则输出信号和输入信号反相，一般运算放大器的开环放大倍数非常高，加入负反馈可限制放大，使其稳定，频率特性得到改善。

图中是运算放大器电路。

因此V2=I ×R1 =(Vi ×R1)/R2 ,因此Vo=－V2=－(R1/R2) ×Vi.可以推出此放大电路的放大增益为10.引脚图电路图电路的模拟运行多功能电路板上的焊接图二.原件明细电阻R1阻值为200 KΩ电阻R2阻值为20 KΩ电阻R3阻值为18 KΩ调零电阻为100 KΩ;信号源100mv/50hzLM741芯片+-15V直流电源导线若干三同相输入端置于电源负端，电路是否能够正常工作？为什么？当同相输入端置于电源负端时,电路无法正常工作,芯片内部的电路通常都是直接耦合的,它能自动调节静态工作点,但是如果某个输入引脚直接被接到电源或地,自动调节功能也就不正常了,晶体管也就无法抬高地线电压,也无法拉低电源电压,如此芯片就不能满足虚短和虚断的条件.2.此电阻的作用在于消除静态基极电流对输出电压的影响,没有了平衡电阻就不能进行消除.且次电阻的阻值为反馈电阻和输入电阻的并联.四电路的闭环通频带宽的预测LM741的带宽增益根据数据手册查询可知为1MHZ..在根据所设计的放大电路的增益为10.所以有:Fm=GBW/G=1*(1*10^6)/10=100KHZ忽略下线频率,所以又通频带宽为BWF=FH-FL=100KHZ.五预测电路在20kHz下的最大输出电压幅度LM741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电源电压＋Vcc与－Vdd，一旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于输出端，唯运算放大器具有一特色，其输出电压值决不会大于正电源电压＋Vcc或小于负电源电压－Vdd，输入电压差经放大后若大于外接电源电压＋Vcc至－Vdd之范围，其值会等于＋Vcc或－Vdd，故一般运算放大器输出电压均具有如图之特性曲线，输出电压于到达＋Vcc和－Vdd后会呈现饱和现象。

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。

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. 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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。

图2硬件系统框图图1PWM 工作原理基于现场可编程门阵列的比例控制放大器的设计王建生（太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原030024）摘要：文章主要介绍了一种基于现场可编程门阵列的比例控制放大器的设计方法。

根据设计要求，硬件分为模拟量输入调理子系统、A/D 转换子系统、FPGA 子系统、功率放大子系统、反馈子系统等。

软件通过模块划分，主要分为顶层控制模块、数据包模块、斜坡信号模块、PID 模块、串口通信模块，并且利用硬件描述语言来加以实现。

本文所使用的软件开发环境为Altera 公司的Quartus II 以及相应的开发工具。

关键词：PWM ；比例控制；FPGA 中图分类号：TP311.11文献标识码：A 文章编号：1000-8136（2012）16-0150-031引言电液比例阀作为机电一体化的关键技术，已经广泛应用于各种电气自动控制系统中。

它具有成本低、推力大、结构简单、对油液过滤要求不高等优点，兼备了伺服阀与通断式普通阀的特点，能够根据输入的电气信号按比例连续地改变液压输出[1]。

电液比例控制器是利用微电子技术来控制比例阀的设备，其中比例放大器是必不可少的部分。

目前，市场上大部分的比例控制放大器多数采用模拟电子技术或者单片机来控制，但这两者都有明显的缺点。

利用模拟电子技术，设计难度大，主要依靠工程师的经验来实现，且最终产品参数设定的灵活性差，限制了使用范围；单片机最大的局限就是可靠性、稳定性均差，如果程序运行过程中出现错误，可能造成严重的损失。

本设计利用了现场可编程门阵列（Filed Programmable Gate Array ）来实现比例控制放大器，成功避免了上述的不足，并生成IP 核，提高了最终产品的扩展性与兼容性。

2比例控制放大器工作原理利用数字电路来实现比例控制器，最有效的方法就是采用PWM （即脉宽调制技术）来控制比例电磁铁中电流的大小。

PWM 技术是指利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源。

atos比例放大器工作原理比例放大器是一种电子器件，常用于信号处理和控制系统中。

它的主要作用是将输入信号按照一定比例放大，并输出到下游设备中。

Atos比例放大器是一种常见的比例放大器，它具有高精度、低噪声和高稳定性等特点，被广泛应用于工业控制和自动化领域。

Atos比例放大器的工作原理基于放大器电路和反馈控制原理。

放大器电路是由一些电子元件（如晶体管、电容和电阻等）组成的，它可以将输入信号的电压或电流放大到所需的水平。

反馈控制是通过将放大器的输出信号与输入信号进行比较，并根据比较结果对放大倍数进行调节，以达到所需的放大效果。

具体来说，Atos比例放大器一般包括输入端、放大器电路、反馈电路和输出端等组成部分。

输入端接收到待放大的信号，通常是一个电压或电流信号。

放大器电路负责将输入信号进行放大，根据不同的应用需求，可以选择不同的放大器电路结构，如共射放大器、共基放大器或共集放大器等。

反馈电路的作用是将放大器的输出信号与输入信号进行比较，并将比较结果反馈给放大器电路，以调节放大倍数。

输出端将放大后的信号输出到下游设备中，如控制器或执行器等。

Atos比例放大器的关键特点是高精度和稳定性。

它通过精心设计的电路和高质量的元件，确保了放大器的输出信号与输入信号之间的准确比例关系。

同时，Atos比例放大器还采用了一系列的校准和补偿技术，以消除温度、供电电压和元件参数等因素对放大倍数的影响，保持放大器的稳定性和可靠性。

总结起来，Atos比例放大器的工作原理是基于放大器电路和反馈控制原理的。

它通过将输入信号进行放大，并根据反馈信号进行调节，实现对输入信号的精确放大。

Atos比例放大器具有高精度、低噪声和高稳定性等特点，被广泛应用于工业控制和自动化系统中。

通过深入理解和掌握其工作原理，可以更好地应用和优化Atos比例放大器，提高控制系统的性能和可靠性。

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。