??????? 在大學(xué)的學(xué)習(xí)中，我們學(xué)了運算放大器。但是學(xué)了那么多，運算放大器到底有什么用，怎么用，是當(dāng)下身為大學(xué)生的我們需要思考的。

??????? 那么今天我很榮幸，向母校廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院的老師要了一份實驗課用的電路圖，仔細(xì)看了下，發(fā)現(xiàn)跟我們所學(xué)的模擬電路里的知識還是很緊扣的，故寫下這篇文章，作為知識的輸出！

下面我們就開始來看看運算放大器是如何實現(xiàn)數(shù)字溫度計功能的。

拿到電路圖，設(shè)計者也很貼心地將系統(tǒng)分成了三個模塊，一目了然。這三個系統(tǒng)分別是：溫度采集模塊、基準(zhǔn)電壓生成模塊和采集值與基準(zhǔn)值比較模塊。我會在后面的文字中，我將這三個模塊分別展開來講解！

一、溫度采集模塊

溫度采集模塊的電路圖如圖所示，核心是一個工作在線性區(qū)的放大電路。

U1就是溫度傳感器，型號為AD590。我們可以從互聯(lián)網(wǎng)上很容地搜索到這個芯片的數(shù)據(jù)手冊。我們看到下圖標(biāo)黃的文字：線性電流輸出：1uA/K。

這里就要稍微補(bǔ)充下熱力學(xué)的知識，K（Kelvins）是一個熱力學(xué)的單位，不同于我們熟知的攝氏度，它是以冰水混合物即0C°作為起點的，開氏度是以絕對零度即-273.15C°為起點的。它們之間的換算公式是：

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綜合以上，我們可以知道這個溫度傳感器的大致作用了：這個溫度傳感器實質(zhì)是一個隨溫度變化的電流源，其每升高一個開爾文度，電流就會增加1uA。那么假設(shè)當(dāng)前室溫為25C°，根據(jù)上面的式子就可以算出當(dāng)前的開爾文溫度是298.15K，對應(yīng)地溫度傳感器就會輸出298.15uA的電流。

現(xiàn)在我們進(jìn)入電路圖的分析。

核心器件是一個運算放大器，我們用瞬時極性法可以快速判斷出該運放處于一個負(fù)反饋的狀態(tài)，那么此時我們可以采用 “虛斷”的分析方法。假設(shè)室溫為25C°，那么傳感器輸出一個相對穩(wěn)定的289.15uA的電流，由于虛斷，電流會全部流入R2電阻，此時在 “2” 端，就會產(chǎn)生一個596.3mV的電壓信號。

分析整個運放的組態(tài)，也很容易知道它是一個電壓串聯(lián)負(fù)反饋的一個組態(tài)，是電壓-電壓放大。由于運放的放大倍數(shù)是非常大的，我們可以認(rèn)為此時的電路是處于深度負(fù)反饋的一個狀態(tài)，那么我們就可以忽略放大器的本身的放大倍數(shù)，而只關(guān)心由外圍電阻組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，從而計算出放大倍數(shù)。詳細(xì)公式變化過程如下：

其中，u'i 是凈輸入量。由于Auu是非常大的，所以可以：

又因為：

所以：

我把反饋電路網(wǎng)絡(luò)畫的好看點：

那么就可以知道：

xk是滑動變阻器。

代入Affu式就可以得到：

• 當(dāng)xk = 10k時，

• 當(dāng)xk = 1k時，

• 當(dāng)xk = 0k時，

可以猜測W1應(yīng)該是一個調(diào)整倍數(shù)精度的工具。我們就選用0k時的狀態(tài)吧。

最終，596.3mV的輸入電壓信號經(jīng)過5倍的放大就會得到2.9815V的輸出電壓。

二、基準(zhǔn)電壓生成模塊

這個模塊是產(chǎn)生一個2.7315V基準(zhǔn)電壓，那么與上面的2.7315V相減，就得到了0.25。已經(jīng)出現(xiàn)了顯示的值了，心里想想就知道這跟25C°有關(guān)。我們再來分析一下：

電路圖有個MC1403芯片，通過查詢手冊，可以知道這是一個基準(zhǔn)電壓生成芯片。由于只能生成2.5V，達(dá)不到2.7315V，所以我們需要對其進(jìn)行信號處理。

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看到電路圖，依然是一個電壓串聯(lián)負(fù)反饋。所以在第一個模塊分析的方法我們可以同樣套用。

我們依然讓W(xué)2為0，得到：

得到的結(jié)果是2.67V，沒達(dá)到我們預(yù)期的2.7315V。這個時候W2的功能就體現(xiàn)出來了。

我們剛剛是把W2置零了，那我們就適當(dāng)?shù)卣{(diào)大W2。

如果有實物的話，我們可以用萬用表邊測邊調(diào)。如果沒，通過計算也能得到一個理論值，一個很簡單的一元一次方程。就不列了。大概算得W2 = 358.9Ω的時候，輸出剛好是2.7315V。這是理論值，實際上會有許多的因素干擾，這也是W2存在的意義。

三、采集值與基準(zhǔn)值比較模塊

到了這里，我們可以對上兩步所得到的電壓進(jìn)行處理，輸出一個信號供后續(xù)的使用。我們可以很容易地判斷出這是一個非常經(jīng)典的減法運算電路。且R8 = R9,R10=R11，因此我們可以套簡化后的公式。

把減法公式套進(jìn)來：

其中，uo1是第一步得到的電壓，uo2是第二步得到的電壓。最終：

至于這個2.5V能做什么，我們可以后續(xù)接上超溫報警等電路，或者是通過ADC轉(zhuǎn)換器在連接到數(shù)碼管模塊，可以得到一個我們?nèi)丝梢宰R別的溫度值。

寫到這里，算是結(jié)束嘞，心里終于是有點“學(xué)以致用”的感覺，通過這篇文章，模電電路知識再也不會冷冰冰地躺在紙張上了，這也是我一直追求的。雖然本次項目還是屬于比較簡單的那種，但是對我來說是打開了教產(chǎn)結(jié)合道路，意義還是很大的。