数字温度计电路图的分析
在大学的学习中，我们学了运算放大器。但是学了那么多，运算放大器到底有什么用，怎么用，是当下身为大学生的我们需要思考的。
那么今天我很荣幸，向母校广东轻工职业技术学院的老师要了一份实验课用的电路图，仔细看了下，发现跟我们所学的模拟电路里的知识还是很紧扣的，故写下这篇文章，作为知识的输出！
下面我们就开始来看看运算放大器是如何实现数字温度计功能的。
拿到电路图，设计者也很贴心地将系统分成了三个模块，一目了然。这三个系统分别是：温度采集模块、基准电压生成模块和采集值与基准值比较模块。我会在后面的文字中，我将这三个模块分别展开来讲解！
一、温度采集模块
温度采集模块的电路图如图所示，核心是一个工作在线性区的放大电路。
U1就是温度传感器，型号为AD590。我们可以从互联网上很容地搜索到这个芯片的数据手册。我们看到下图标黄的文字：线性电流输出：1uA/K。
这里就要稍微补充下热力学的知识，K（Kelvins）是一个热力学的单位，不同于我们熟知的摄氏度，它是以冰水混合物即0C°作为起点的，开氏度是以绝对零度即-273.15C°为起点的。它们之间的换算公式是：
综合以上，我们可以知道这个温度传感器的大致作用了：这个温度传感器实质是一个随温度变化的电流源，其每升高一个开尔文度，电流就会增加1uA。那么假设当前室温为25C°，根据上面的式子就可以算出当前的开尔文温度是298.15K，对应地温度传感器就会输出298.15uA的电流。
现在我们进入电路图的分析。
核心器件是一个运算放大器，我们用瞬时极性法可以快速判断出该运放处于一个负反馈的状态，那么此时我们可以采用 “虚断”的分析方法。假设室温为25C°，那么传感器输出一个相对稳定的289.15uA的电流，由于虚断，电流会全部流入R2电阻，此时在 “2” 端，就会产生一个596.3mV的电压信号。
分析整个运放的组态，也很容易知道它是一个电压串联负反馈的一个组态，是电压-电压放大。由于运放的放大倍数是非常大的，我们可以认为此时的电路是处于深度负反馈的一个状态，那么我们就可以忽略放大器的本身的放大倍数，而只关心由外围电阻组成的反馈网络，从而计算出放大倍数。详细公式变化过程如下：
其中，u'i 是净输入量。由于Auu是非常大的，所以可以：
又因为：
所以：
我把反馈电路网络画的好看点：
那么就可以知道：
xk是滑动变阻器。
代入Affu式就可以得到：
当xk = 10k时，
当xk = 1k时，
当xk = 0k时，
可以猜测W1应该是一个调整倍数精度的工具。我们就选用0k时的状态吧。
最终，596.3mV的输入电压信号经过5倍的放大就会得到2.9815V的输出电压。
二、基准电压生成模块
这个模块是产生一个2.7315V基准电压，那么与上面的2.7315V相减，就得到了0.25。已经出现了显示的值了，心里想想就知道这跟25C°有关。我们再来分析一下：
电路图有个MC1403芯片，通过查询手册，可以知道这是一个基准电压生成芯片。由于只能生成2.5V，达不到2.7315V，所以我们需要对其进行信号处理。
看到电路图，依然是一个电压串联负反馈。所以在第一个模块分析的方法我们可以同样套用。
我们依然让W2为0，得到：
得到的结果是2.67V，没达到我们预期的2.7315V。这个时候W2的功能就体现出来了。
我们刚刚是把W2置零了，那我们就适当地调大W2。
如果有实物的话，我们可以用万用表边测边调。如果没，通过计算也能得到一个理论值，一个很简单的一元一次方程。就不列了。大概算得W2 = 358.9Ω的时候，输出刚好是2.7315V。这是理论值，实际上会有许多的因素干扰，这也是W2存在的意义。
三、采集值与基准值比较模块
到了这里，我们可以对上两步所得到的电压进行处理，输出一个信号供后续的使用。我们可以很容易地判断出这是一个非常经典的减法运算电路。且R8 = R9,R10=R11，因此我们可以套简化后的公式。
把减法公式套进来：
其中，uo1是第一步得到的电压，uo2是第二步得到的电压。最终：
至于这个2.5V能做什么，我们可以后续接上超温报警等电路，或者是通过ADC转换器在连接到数码管模块，可以得到一个我们人可以识别的温度值。
写到这里，算是结束嘞，心里终于是有点“学以致用”的感觉，通过这篇文章，模电电路知识再也不会冷冰冰地躺在纸张上了，这也是我一直追求的。虽然本次项目还是属于比较简单的那种，但是对我来说是打开了教产结合道路，意义还是很大的。
