《電子技術(shù)項目化教程》 課件 項目1-3 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與測試、音頻功率放大器的設(shè)計與測試、集成運算放大器的設(shè)計和測試

《電子技術(shù)項目化教程》內(nèi)容簡介：電子技術(shù)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，旨在培養(yǎng)學(xué)生識別與選用電子元器件，認(rèn)識和分析電子技術(shù)基本單元電路及其應(yīng)用的能力。通過課程的學(xué)習(xí)，了解電子技術(shù)的發(fā)展方向和應(yīng)用領(lǐng)域，以適應(yīng)電子技術(shù)發(fā)展的形勢，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和從事與本課程有關(guān)的工程技術(shù)工作打好基礎(chǔ)。2參考學(xué)時：本書的參考學(xué)時為64～80學(xué)時，建議采用理論、實踐一體化教學(xué)，各章節(jié)參考學(xué)時如下。課程內(nèi)容參考學(xué)時項目1直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與測試8～10項目2音頻功率放大器的設(shè)計與測試8～10項目3集成運算放大器的設(shè)計與測試6～8項目4函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計與測試4～6項目5三人投票表決器的設(shè)計與測試8～10項目6多路搶答器電路的設(shè)計與測試8～10項目7密碼電子鎖的設(shè)計與測試6～8項目8數(shù)字電子時鐘的設(shè)計與測試8～10項目9鋸齒波電路的設(shè)計與測試8課時總計64～803項目一

直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與測試學(xué)習(xí)目標(biāo)：知識目標(biāo)：了解二極管的結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)；掌握二極管的伏安特性；掌握整流電路的類型、特點和工作原理；掌握濾波電路的類型、特點和工作原理；掌握穩(wěn)壓電路的類型、特點和工作原理。技能目標(biāo)：能掌握二極管的主要性能參數(shù)并對二極管進行識別和質(zhì)量鑒定。會對整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路進行組裝和測試。5項目背景：一個性能良好的單相小功率直流穩(wěn)壓電源通常由四部分組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。變壓器電路：將電網(wǎng)電壓變成所需要的電壓整流電路：將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動直流電濾波電路：將脈動直流中的交流成分濾除，輸出比較平滑的脈動直流成分。穩(wěn)壓電路：進一步穩(wěn)定，整流后的脈動直流電壓。6任務(wù)1.1二極管的識別與檢測任務(wù)分析：

用半導(dǎo)體制成的器件統(tǒng)稱為半導(dǎo)體器件，如半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管、場效應(yīng)管和集成電路。半導(dǎo)體器件具有耗電少、體積小、壽命長、重量輕等優(yōu)點，因而在電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。本任務(wù)通過二極管的識別和檢測，學(xué)習(xí)二極管的基本知識。7任務(wù)1.1二極管的識別與檢測知識鏈接：一.半導(dǎo)體基本知識1.半導(dǎo)體物理特性：熱敏特性：半導(dǎo)體的電阻率隨著溫度變化而顯著變化。利用這一特性制成的熱敏元件，常用于檢測溫度的變化。這一特性也影響了半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性光敏特性：某些半導(dǎo)體材料受到光照時，電阻率迅速下降，導(dǎo)電能力顯著增強。利用這一特性可制成各種光敏器件，如光敏二極管、光電管等。摻雜特性：在純凈的半導(dǎo)體材料中加入某種微量的雜質(zhì)元素后，其導(dǎo)電能力增大幾萬倍甚至幾百萬倍。這是半導(dǎo)體最突出的特性。8任務(wù)1.1二極管的識別與檢測知識鏈接：一.半導(dǎo)體基本知識2.本征半導(dǎo)體:

本征半導(dǎo)體是化學(xué)成分純凈、。物理結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。最常用的半導(dǎo)體為硅(Si)和鍺(Ge).9（a）結(jié)構(gòu)示意圖

（b）本征激發(fā)圖1-2本征半導(dǎo)體任務(wù)1.1二極管的識別與檢測知識鏈接：一.半導(dǎo)體基本知識3.雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體(Negative)P型半導(dǎo)雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量取決于雜質(zhì)濃度，少子的數(shù)量取決于溫度。不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，多子和少子的移動都能形成電流。體(Positive)10（a）N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖

（b）P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖圖1-3雜質(zhì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖任務(wù)1.1二極管的識別與檢測知識鏈接：一.半導(dǎo)體基本知識4.半導(dǎo)體PN結(jié)1）PN結(jié)的形成:如果將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體制作在同一塊本征半導(dǎo)體基片上，在它們的交界處就會形成一個很薄的導(dǎo)電層稱為PN結(jié)。如圖1-4所示。（1）多子的擴散運動（2）少子的漂移運動

11任務(wù)1.1二極管的識別與檢測知識鏈接：一.半導(dǎo)體基本知識4.半導(dǎo)體PN結(jié)2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）正向?qū)ǎ?）反向截止

12任務(wù)1.1二極管的識別與檢測知識鏈接：二.二極管1.二極管結(jié)構(gòu)及電路符號

13任務(wù)1.1二極管的識別與檢測知識鏈接：二.二極管2.二極管的伏安特性正向特性：正向電壓小于死區(qū)電壓（硅管約為0.5Ｖ，鍺管約為0.2Ｖ）時二極管截止，電流幾乎為零。正向電壓大于死區(qū)電壓后二極管導(dǎo)通，電流較大。導(dǎo)通后的二極管端電壓變化很小，基本上是一個常量，硅管約為0.7Ｖ，鍺管約為0.3Ｖ。

反向特性：反向電壓在一定范圍內(nèi)時二極管截止，電流幾乎為零。反向電壓增大到反向擊穿電壓UBR時，反向電流突然增大，二極管擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?/p>

14任務(wù)1.1二極管的識別與檢測

15任務(wù)1.1二極管的識別與檢測知識鏈接：四、特殊二極管1.穩(wěn)壓管。2.光電二極管3.發(fā)光二極管4.變?nèi)荻O管

16任務(wù)1.1二極管的識別與檢測任務(wù)實施

：一、二極管器件識別1.二極管極性判別（1）從外觀上識別二極管的正負(fù)極一般可以從外形上識別出來，有的二極管直接標(biāo)注了二極管的圖形符號（箭頭指向的一端為負(fù)極）；有的用色環(huán)或色點來標(biāo)示（有色環(huán)或色點一邊為負(fù)極）；發(fā)光二極管、光電二極管可根據(jù)引腳長短判斷正負(fù)極（長正短負(fù)）。17任務(wù)1.1二極管的識別與檢測任務(wù)實施

：一、二極管器件識別1.二極管極性判別（2）用萬用表判斷二極管正向電阻小，反向電阻大。將萬用表撥到電阻檔（一般用R×100或R×1K檔）(R×1電流太大，R×10k電壓太高，易損壞管子),用表筆分別與二極管的兩極相接，測出兩個阻值。在所測得阻值較小的一次，與黑表筆相接一端為二極管的正極。同理，在所測得較大阻值的一次，與黑表筆相接的一端為二極管的負(fù)極。18任務(wù)1.1二極管的識別與檢測任務(wù)實施

：一、二極管器件識別2.二極管質(zhì)量檢測通過測量而二極管的正、反向電阻來判斷二極管好壞：正、反向電阻值都很小或接近于零，則說明管子內(nèi)部出現(xiàn)短路或已擊穿；正、反向電阻值都很大或接近于無窮大，說明管子內(nèi)部已斷路；正、反向電阻值相差不大，說明性能變壞或已失效；反向電阻值比正向電阻值大幾百倍以上，說明性能良好。19任務(wù)1.2整流電路的測試任務(wù)分析：

利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，將正?fù)交替的正弦交流電壓變換成單方向的脈動電壓的電路，稱為整流電路。根據(jù)交流電的相數(shù)，整流電路分為單相整流、三相整流電路等。在小功率電路中(1kW以下)一般采用單相整流電路。常用的單相整流電路有單相半波、單相全波和單相橋式整流電路。其中尤以單相橋式整流電路用得最為普遍。本任務(wù)通過整流電路的設(shè)計和仿真測試，學(xué)習(xí)整流電路的分析、測試方法，并會根據(jù)需求選擇適合的整流二極管。20任務(wù)1.2整流電路的測試

21任務(wù)1.2整流電路的測試

22任務(wù)1.2整流電路的測試

任務(wù)實施任務(wù)：整流電路測試23表1-1整流電路仿真任務(wù)單

24

波形電壓值輸入電壓（電源電壓）

輸入電壓是

波形，極性是

(單極性/雙極性)半波整流電路輸出電壓

半波整流電路輸出電壓是

波形，極性是

(單極性/雙極性)橋式整流電路輸出電壓

橋式整流電路輸出電壓是

波形，極性是

(單極性/雙極性)故障設(shè)置1、當(dāng)整流橋四只二極管中有一只二極管短路，對整個電路有什么影響？

2、當(dāng)整流橋四只二極管中有一只二極管斷路，對整個電路有什么影響？

技能拓展任務(wù)1.3濾波電路測試

25任務(wù)1.3濾波電路測試

26任務(wù)1.3濾波電路測試注意：（1）濾波電容容量較大，一般選擇電解電容，且連接到電路中時極性不能接反。（2）濾波電路通電瞬間，會有較大的浪涌電流，選擇的二極管其允許通過的最大的平均整流要比正常工作電流大一些，還可以在整流電路輸出端串聯(lián)一個限流電阻以保護二極管。27任務(wù)1.3濾波電路測試

知識鏈接二、電感濾波電路28

任務(wù)1.3濾波電路測試

知識鏈接二、其它濾波電路29圖1-16L形濾波電路圖1-17π形濾波電路任務(wù)1.3濾波電路測試

任務(wù)實施任務(wù)：濾波電路仿真30

100uF500uF1000uF2000uF波形

直流分量/V

交流分量/mV

31表1-2濾波電路仿真任務(wù)單

波形

直流分量/V

交流分量/mV

L=1HL=2HL=4HL=8H波形

直流分量/V

交流分量/mV

結(jié)論電容C越大，輸出的電壓交流分量

(越大/越小);負(fù)載RL越大，輸出的電壓交流分量

(越大/越小);電感越大，輸出的電壓交流分量

(越大/越小);技能拓展32任務(wù)1.4穩(wěn)壓電路測試

任務(wù)分析

電子產(chǎn)品一般需要穩(wěn)定的電源電壓。通過整流濾波電路得到的直流電源并非是理想的直流電源，它還會隨電網(wǎng)電壓的波動或負(fù)載電流的變化而變化。為獲得更穩(wěn)定的直流電源，在整流濾波電路之后還需要穩(wěn)壓電路，從而使輸出電壓更加穩(wěn)定。常用的穩(wěn)壓電路有并聯(lián)型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓器電路。33任務(wù)1.4穩(wěn)壓電路測試

知識鏈接一、并聯(lián)型穩(wěn)壓電路34

限流電阻的作用：（1）限制穩(wěn)壓管電流使其正常工作。（2）通過電壓調(diào)節(jié)作用配合穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓。

任務(wù)1.4穩(wěn)壓電路測試

知識鏈接二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路35串聯(lián)型穩(wěn)壓點以穩(wěn)壓管電路為基礎(chǔ)，利用三極管的電流放大作用，增大負(fù)載電流；通過引入深度電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓；利用反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。

任務(wù)1.4穩(wěn)壓電路測試

知識鏈接三、集成穩(wěn)壓器電路

36分類：按輸出電壓類型可分為固定式集成穩(wěn)壓器和可調(diào)式集成穩(wěn)壓器；

按結(jié)構(gòu)不同可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和開關(guān)型。集成穩(wěn)壓器體積小，外接元件少，性能穩(wěn)定可靠，使用方便，其中三端集成穩(wěn)壓器使用最為廣泛。任務(wù)1.4穩(wěn)壓電路測試

知識鏈接三、集成穩(wěn)壓器電路

371.固定式三端集成穩(wěn)壓器常用的固定式三端集成穩(wěn)壓器由78系列和79系列。78系列輸出正電壓，79系列輸出電壓值為負(fù)電壓。它們的輸出電壓值有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等，型號后面的兩位數(shù)字表示輸出電壓值；輸出電流有0.1A、0.5A等，通過78或79后面的數(shù)字區(qū)分,L表示0.1A、M表示0.5A。如W78L09表示輸出電壓值為9V，輸出電流為0.1A。圖1-2178系列典型直流穩(wěn)壓電路注意：79系列和78系列外形相同，但引腳排列有所不同，且不同的生產(chǎn)廠家，參數(shù)和引腳排列也會有所不同，使用時需注意。任務(wù)1.4穩(wěn)壓電路測試

知識鏈接三、集成穩(wěn)壓器電路

381.固定式三端集成穩(wěn)壓器圖1-2178系列典型直流穩(wěn)壓電路

任務(wù)1.4穩(wěn)壓電路測試

知識鏈接三、集成穩(wěn)壓器電路

392.可調(diào)式三端穩(wěn)壓器

任務(wù)1.4穩(wěn)壓電路測試

知識鏈接三、集成穩(wěn)壓器電路

圖1-22LM317穩(wěn)壓原理402.可調(diào)式三端穩(wěn)壓器

任務(wù)1.4穩(wěn)壓電路測試

任務(wù)實施任務(wù)：串聯(lián)型穩(wěn)壓電路仿真4142輸入電壓變化的影響（其它參數(shù)不變）302520151051

結(jié)論

∞5000100020050102

結(jié)論

100%80%60%40%20%10%0%

結(jié)論

項目二

音頻功率放大器的設(shè)計與測試學(xué)習(xí)目標(biāo)：知識目標(biāo)：了解三極管的結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)；掌握三極管的伏安特性及放大電路原理分析；掌握反饋電路分析；掌握差動放大電路的工作原理；掌握音頻功率放大器的分析與設(shè)計。技能目標(biāo)：能掌握三極管的主要性能參數(shù)并對三極管進行識別和質(zhì)量鑒定。會對放大電路、反饋電路、音頻功放電路進行組裝和測試。44項目背景：45音頻功率放大器，簡稱功放。它的作用是將音源輸出的微弱的音頻信號放大，并且能產(chǎn)生足夠的功率去推動揚聲器發(fā)聲。電路結(jié)構(gòu)主要由前置放大器、音調(diào)控制器、功率放大器幾個部分組成。如圖2-1所示。前置放大器音調(diào)控制器功率放大器

任務(wù)2.1晶體三極管的識別與檢測任務(wù)分析：半導(dǎo)體三極管又稱晶體三極管，簡稱三極管，它是在上世紀(jì)40年代發(fā)展起來的最重要的一種半導(dǎo)體器件，用于各類放大電路中。其功能是放大、混頻和光電轉(zhuǎn)換等。它具有體積小、重量輕、耗電省、壽命長、工作可靠等一系列優(yōu)點，應(yīng)用十分廣泛。46任務(wù)2.1晶體三極管的識別與檢測知識鏈接：1.常見的三極管47任務(wù)2.1晶體三極管的識別與檢測知識鏈接：2.三極管按結(jié)構(gòu)可分為NPN型和PNP型兩類48圖2-3NPN型三極管圖2-4PNP型三極管任務(wù)實施

：一、三極管器件識別1.根據(jù)管腳排列識別三極管使用三極管，首先要弄清它的管腳極性。目前三極管種類較多，封裝形式不一，管腳也有多種排列方式。2.用萬用表判別管腳極性通過測量各管腳間電阻來判別管腳，進而判別是PNP型管還是NPN型管。PNP型和NPN型管在測量極間電阻時都可看成是反向串聯(lián)的兩個PN結(jié)，其中PNP型管的基極對集電極、反射極都是反向的；NPN型管的基極對集電極、發(fā)射極都是正向的。以此可以識別三極管的基極、判斷管型及三極管的好壞。49任務(wù)2.1晶體三極管的識別與檢測任務(wù)實施

：2.用萬用表判別管腳極性50任務(wù)2.1晶體三極管的識別與檢測任務(wù)實施

：3.三極管好壞的大致判別根據(jù)PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕梢詸z查三極管內(nèi)各極間PN結(jié)的正反向電阻，如果相差較大，說明三極管基本上是好的。如果正反向電阻都很大，說明三極管內(nèi)部有斷路或PN結(jié)性能不好；如果正反向電阻都很小，說明三極管極間短路或擊穿了。51任務(wù)2.1晶體三極管的識別與檢測任務(wù)分析：了解晶體管的電流分配和電流放大原理及放大電路的分析52任務(wù)2.2單管放大電路

知識鏈接：53

任務(wù)2.2單管放大電路知識鏈接：二、三極管的輸入和輸出特性三極管的特性曲線是描述各電極電流和電壓之間的關(guān)系曲線，它反映了三極管各電極電壓與電流之間的關(guān)系。由于三極管有三個電極，在使用時用它組成輸入回路和輸出回路，因此有輸入特性曲線和輸出特性曲線之分。下面就最常用的NPN型三極管共射極特性曲線來進行討論。54任務(wù)2.2單管放大電路知識鏈接：55

任務(wù)2.2單管放大電路

56任務(wù)2.2單管放大電路知識鏈接：57三、共發(fā)射極基本放大電路共發(fā)射極基本放大電路如圖2-12所示。圖2-12共發(fā)射極基本放大電路任務(wù)2.2單管放大電路知識鏈接：581.靜態(tài)分析靜態(tài)情況下放大器各直流電流的通路稱為放大器的直流通路。畫直流通路的原則是：耦合電容、旁路電容視為開路；電感視為短路。這樣可得單管共射放大電路的直流通路。如圖2-13所示為共射極放大電路的直流通路。圖2-13共發(fā)射極基本放大電路直流通路任務(wù)2.2單管放大電路知識鏈接：59

任務(wù)2.2單管放大電路知識鏈接：60任務(wù)2.2單管放大電路圖2-14直流負(fù)載線知識鏈接：61任務(wù)2.2單管放大電路2.動態(tài)分析為了分析放大電路的動態(tài)工作情況，計算放大電路的放大倍數(shù)，要按交流信號在電路中流通的路徑畫出交流通路。畫交流通路的原則是：耦合電容、旁路電容視為短路；由于直流電壓源對交流的內(nèi)阻很小，也可看作短路。這樣可得圖2-15所示的交流通路。圖2-15共發(fā)射極基本放大電路交流通路知識鏈接62任務(wù)2.2單管放大電路

bce圖2-16三極管微變等效電路知識鏈接63任務(wù)2.2單管放大電路

64任務(wù)2.2單管放大電路圖2-17穩(wěn)定靜態(tài)工作點的典型電路

65任務(wù)2.2單管放大電路知識鏈接共集電極放大電路的動態(tài)分析，圖2-19（a）對應(yīng)的是交流通路，圖2-19（b）是其對應(yīng)的微變等效電路。66任務(wù)2.2單管放大電路圖2-19共集電極放大器動態(tài)分析

67任務(wù)2.2單管放大電路

68任務(wù)2.2單管放大電路

69任務(wù)2.2單管放大電路知識鏈接70任務(wù)2.2單管放大電路圖2-20共基極放大器

71任務(wù)2.2單管放大電路任務(wù)實施

：一、設(shè)備要求1.PC機一臺2.Multisim軟件二、實施步驟1.按圖2-21繪制仿真電路；72任務(wù)2.2單管放大電路圖2-21單管放大電路仿真任務(wù)實施

：2.利用Multisim的直流工作點分析功能測量電路的靜態(tài)工作點，將值填入表2-1中；表2-1靜態(tài)工作點測試記錄表73任務(wù)2.2單管放大電路測量值計算值

任務(wù)實施

：74任務(wù)2.2單管放大電路

結(jié)論：集電極對基極電流

（有/無）放大作用，輸出相位

（相同/相反）。任務(wù)分析：通過前面學(xué)習(xí)的幾種單級放大電路。我們了解到在一般情況下，放大器的輸入信號都很微弱，一般為毫伏或微伏級，輸入功率常在1mW以下。從單級放大電路的放大倍數(shù)來看，僅幾十倍到一百多倍，輸出的電壓和功率都不大。為推動負(fù)載工作，必須把幾個單級放大電路連接起來，逐級放大微弱信號，方可在輸出端獲得必要的電壓幅值或足夠的功率。多級放大電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2-22所示。75任務(wù)2.3多級放大電路的設(shè)計與測試信號源輸入級中間級輸出級負(fù)載多級放大電路圖2-22多級放大電路結(jié)構(gòu)圖知識鏈接：一、多級放大電路的耦合在多級放大電路中，每兩個單級放大電路之間的連接方式稱為耦合。耦合方式有阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合3種，如圖2-23所示。前兩種只能放大交流信號，后一種既能放大交流信號又能放大直流信號。76放大器放大器（a）直接耦合放大器放大器放大器（b）阻容耦合CR（C）變壓器耦合放大器放大器

圖2-23多級放大電路的耦合方式任務(wù)2.3多級放大電路的設(shè)計與測試知識鏈接：二、多級放大電路的性能分析一個多級放大電路的框圖如圖所示。77多級放大電路在分析時其方法與單級放大電路基本相同，一般采用微變等效電路法。通常采用的方法是在考慮級間影響的情況下，將多級放大電路分成若干單級放大電路分別研究。然后再將結(jié)果加以綜合，以得到多級放大電路總的特性，即把復(fù)雜的多級放大電路的分析歸結(jié)為若干單級放大電路的分析。

任務(wù)2.3多級放大電路的設(shè)計與測試任務(wù)實施

：一、設(shè)備要求1、PC機一臺2、Multisim軟件二、實施步驟（1）打開Multisim軟件，按圖2-25連接測試電路。78任務(wù)2.3多級放大電路的設(shè)計與測試任務(wù)實施

：79任務(wù)2.3多級放大電路的設(shè)計與測試圖2-25多級放大電路仿真圖（2）觀察實驗現(xiàn)象并記錄。結(jié)論：多級放大電路放大倍數(shù)與第一級和第二級放大電路的放大倍數(shù)關(guān)系是

。任務(wù)分析：零點漂移是如圖2-23所示的直接耦合放大電路存在的一個特殊問題。抑制零點漂移的措施之一就是采用差動放大電路。本任務(wù)通過差動放大電路的設(shè)計和仿真測試，學(xué)習(xí)差動電路的分析、測試方法。80任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試知識鏈接：一、直接耦合放大電路的零點漂移

1.零點漂移現(xiàn)象所謂零點漂移指的是放大電路在輸入端短路（即沒有輸入信號輸入）時用靈敏的直流表測量輸出端，也會有變化緩慢的輸出電壓產(chǎn)生如圖2-26所示。零點漂移產(chǎn)生的信號會逐級間傳遞，經(jīng)過多級放大后，在輸出端成為較大的信號。如果有效信號較弱，存在零點漂移現(xiàn)象的直接耦合放大電路中，漂移電壓和有效信號電壓混雜在一起被逐級放大，當(dāng)漂移電壓大小可以和有效信號電壓相比時，則很難在輸出端分辨出有效信號的電壓。在漂移現(xiàn)象嚴(yán)重的情況下，往往會使有效信號“淹沒”，使放大電路不能正常工作。因此，必須找出產(chǎn)生零漂的原因和抑制零漂的方法。81任務(wù)2.4差動電路的設(shè)計與測試知識鏈接：82（a）測試電路

（b）輸出電壓的波形

任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試

83任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試

84任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試知識鏈接：二、典型差動放大電路的組成及特點1.典型的差動放大電路的組成

典型的差分放大器電路如圖2-27所示，它是由兩個對稱的放大器組合而成，一般采用正、負(fù)兩個極性的電源供電。它分別有兩個輸入和輸出端，具有靈活的輸入、輸出方式。85任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試圖2-27典型差動放大電路

86任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試

87任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試知識鏈接：三、差動放大電路的輸入和輸出方式差動放大電路可以有兩個輸入端：同相輸入端和反相輸入端。根據(jù)規(guī)定的正方向，在某輸入端加上一定極性的信號，如果輸出信號的極性與其相同，則該輸入端稱為同相輸入端。反之，如果輸出信號的極性與其相反，則該輸入端稱為反相輸入端。信號的輸入方式：若信號同時加到同相輸入端和反相輸入端，稱為雙端輸入；若信號僅從一個輸入端加入，稱為單端輸入。信號的輸出方式：差動放大電路可以有兩個輸出端：集電極C1和C2。從C1和C2輸出稱為雙端輸出；僅從集電極C1或C2對地輸出稱為單端輸出。88任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試

89任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試知識鏈接：90任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試

圖2-28差動放大電路的四種接法

91任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試圖2-29共模輸入時的等效電路知識鏈接：92任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試

93任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試

94任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試

95任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試任務(wù)實施

：一、設(shè)備要求1、PC機一臺2、Multisim軟件二、實施步驟（1）打開Multisim軟件，按圖2-31連接測試電路。96任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試圖2-31差動放大電路仿真圖

97任務(wù)2.4

差動電路的設(shè)計與測試任務(wù)分析：反饋是指將輸出信號取出一部分或者全部通過反饋網(wǎng)絡(luò)送回到放大電路的輸入回路，與原輸入信號相加或相減后再作用到放大電路的輸入端的過程。本任務(wù)通過反饋放大電路的設(shè)計和仿真測試，學(xué)習(xí)反饋放大電路的分析、測試方法。98任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：一、反饋的類型與作用1、按極性不同，反饋分為正負(fù)反饋如果反饋信號與輸入信號極性使凈輸入信號增強，叫正反饋，如圖2-32所示；反饋信號起減小輸入信號的作用，使凈輸入信號減小，叫負(fù)反饋，如圖2-33所示。99任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：在放大電路中引入正反饋不僅不能穩(wěn)定輸出信號，還會進一步加劇輸出信號的變化，甚至產(chǎn)生自激振蕩而破壞放大電路的正常工作。因此在放大電路中較少使用正反饋，實際上，正反饋在放大電路中有很多應(yīng)用，如振蕩電路，電壓-電流轉(zhuǎn)換電路的等。負(fù)反饋在各種放大電路，常用于穩(wěn)定工作點、穩(wěn)定放大倍數(shù)和放大量，以及防止自激和補償溫度漂移等。2、按反饋信號的不同，反饋分為交流和直流反饋根據(jù)反饋信號本身的交直流性質(zhì)可以分為直流反饋和交流反饋。如果反饋電路中參與反饋的各個電量都為直流成分則稱為直流反饋，常用于穩(wěn)定靜態(tài)工作點；若反饋電路中參與反饋的各個電量都為交流成分則稱為交流反饋，常用于改善放大電路的動態(tài)性能。在很多情況下交、直流兩種信號反饋兼而有之。100任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：如圖2-34所示為靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路。如果旁路電容足夠大使其兩端的交流分量可以忽略則引入的直流反饋。直流反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點而對于放大電路的各項動態(tài)性能如放大倍數(shù)、通頻帶、輸入輸出電阻等等)沒有影響。同時Re對交流信號同樣具有負(fù)反饋作用各種不同類型的交流反饋將對放大電路的各項功能動態(tài)性能產(chǎn)生不同的影響用以改善電路技術(shù)指標(biāo)的主要手段。101任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試圖2-34靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路知識鏈接：3、按采樣方式的不同，反饋分為電壓和電流反饋若反饋信號直接取自輸出端負(fù)載兩端的電壓稱為電壓反饋；若取的是電流，則是電流反饋。放大電路中引入電壓反饋將使輸出電壓保持穩(wěn)定其效果是減小了電路的輸出電阻而電流負(fù)反饋將使輸出電流保持穩(wěn)定，因而增大輸出電阻。102任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試圖2-35電流反饋

圖2-36電壓反饋知識鏈接：103任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試任務(wù)分析：4、按疊加方式的不同，反饋分為串聯(lián)和并聯(lián)反饋。輸入端與輸入信號連接方式的不同，可確定是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。反饋信號在輸入端是以電壓的形式出現(xiàn)，且與輸入電壓是串聯(lián)起來加到放大器輸入端，稱為串聯(lián)反饋；反饋信號在輸入端是以電流的形式出現(xiàn)且與輸入電流并聯(lián)作用于放大器輸入端，稱為并聯(lián)反饋。104任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：二、反饋類型的判斷1.判斷正反饋和負(fù)反饋正負(fù)反饋可采用瞬時極性法。即首先假設(shè)輸入信號的瞬時極性為正，然后逐步推斷各級放大電路中相關(guān)各點信號的瞬時極性，最后觀察引入到輸入回路中的反饋信號的瞬時極性是增加還是消弱了外加輸入信號的作用。若反饋信號是增強了輸入信號的作用，則為正反饋；若消弱了輸入信號的作用則為負(fù)反饋。反饋是在晶體管電路中分析，則瞬時極性如圖2-37所示：105任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：對于三極管：基極b輸入——集電極c輸出為共射組態(tài)接法，彼此極性相反；基極b輸入——發(fā)射極c輸出為射極跟隨，彼此極性相同。方法：反饋回基極，同性為正反饋，反饋回發(fā)射極，同極性為負(fù)。利用瞬時極性法判斷負(fù)反饋與正反饋的步驟：a.設(shè)接“地”參考點的電位為零。b.若電路中某點的瞬時電位高于參考點（對交流為電壓的正半周），則該點電位的瞬時極性為正；反之為負(fù)。c.若反饋信號與輸入信號加在不同輸入端（或兩個電極）上，兩者極性相同時，為負(fù)反饋；反之，極性相反為正反饋d.若反饋信號與輸入信號加在同一輸入端（或同一電極）上，兩者極性相反時，為負(fù)反饋；反之，為正反饋。106任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試

107任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：3.判斷電壓反饋與電流反饋判斷電壓反饋與電流反饋的方法為找輸出。即根據(jù)放大電路標(biāo)注的輸出，確定直接輸出端和間接輸出端。若反饋元件直接接放大電路的輸出端則為電壓反饋；若反饋元件直接接間接輸出端則為電流反饋。如圖2-39所示。108圖2-39Rf為電壓反饋Re為電流反饋任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試

109圖2-40串聯(lián)反饋

圖2-41并聯(lián)反饋任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：三、負(fù)反饋放大電路的4種基本組態(tài)負(fù)反饋在電子電路中有著非常廣泛的應(yīng)用,雖然它使放大器的放大倍數(shù)降低，但能在多方面改善放大器的動態(tài)指標(biāo)，如穩(wěn)定放大倍數(shù)，改變輸入、輸出電阻，減小非線性失真和展寬通頻帶等。因此，幾乎所有的實用放大器都帶有負(fù)反饋。1.負(fù)反饋放大器的方框圖110任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：2.負(fù)反饋放大器有4種組態(tài)負(fù)反饋放大器有4種組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋，電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電流串聯(lián)負(fù)反饋，電流并聯(lián)負(fù)反饋。直流負(fù)反饋用于穩(wěn)定靜態(tài)工作點，一般無需分析它的組態(tài)。111任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：四、負(fù)反饋對放大器性能的影響1、提高增益的穩(wěn)定性2、減小非線性失真3、擴展通頻帶BW112任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：4、改變放大電路的輸入電阻和輸出電阻1）串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻；113深度負(fù)反饋任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：2）并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻114

深度負(fù)反饋任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：3）電壓負(fù)反饋減小輸出電阻為負(fù)載開路時的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反饋115任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試知識鏈接：

4)電流負(fù)反饋增大輸出電阻；深度負(fù)反饋：負(fù)反饋對放大器性能的改善程度均與反饋深度有關(guān)，越大改善程度越高,但是放大倍數(shù)下降越多。116為負(fù)載短路時的源電壓放大倍數(shù)。任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試

117任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試圖2-45負(fù)反饋放大電路仿真圖

118任務(wù)2.5負(fù)反饋電路的設(shè)計與測試任務(wù)分析：各種放大電路的主要任務(wù)是放大電壓信號，而功率放大電路的主要任務(wù)則是盡可能高效率地向負(fù)載提供足夠大的功率。功率放大電路也常被稱作功率放大器，簡稱功放。119任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

120任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作知識鏈接：2.功率放大電路的工作狀態(tài)121任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作圖2-46功率放大器的三種工作狀態(tài)

122任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

123任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

124任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

125任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作知識鏈接：變壓器耦合乙類推挽功率放大器的缺點是：變壓器體積大，笨重，損耗大，頻率特性差，且不便于集成化。126任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

127任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作圖2-49OTL功率放大電路知識鏈接：（2）雙電源互補對稱功率放大器（OCL）雙電源互補對稱功率放大電路又稱無輸出電容的功放電路，簡稱OCL電路，其原理電路如圖2-50所示。V1為NPN型三極管，V2為PNP型三極管。兩管的基極連在一起，作為信號輸入端；發(fā)射極也連在一起，作為信號的輸出端，直接與負(fù)載RL相連。要求V1和V2管的特性參數(shù)基本相同。兩管接成射極輸出器電路的形式是為了增強帶負(fù)載能力。128任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作圖2-50OCL基本原理電路知識鏈接：（3）橋式推挽功率放大電路（BTL）橋式推挽功率放大電路（簡稱BTL電路）。該電路為單電源供電，且不用變壓器和大電容。由特性對稱的晶體管組成，靜態(tài)時管子均處于截止?fàn)顟B(tài)，負(fù)載上的電壓為零。BTL電路所用管子數(shù)量最多，難于做到管子特性理想對稱；且管子的總損耗大，使得電路的效率降低；另外電路的輸入和輸出均無接地點，因此有些場合不適用。OTL、OCL和BTL電路各有優(yōu)缺點，使用時應(yīng)根據(jù)需要合理選擇。129任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

130任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作圖2-51乙類功放電路的交越失真知識鏈接：2.消除交越失真的方法為避免乙類互補對稱功放的交越失真，需要采用一定的措施產(chǎn)生一個不大的偏流，使靜態(tài)工作點稍高于截止點，即工作于甲乙類狀態(tài)。此時的互補功率放大電路如圖2-52所示，在功放管V2、V3基極之間加兩個正向串聯(lián)二極管V4、V5，便可以得到適當(dāng)?shù)恼蚱珘海瑥亩筕2、V3在靜態(tài)時能處于微導(dǎo)通狀態(tài)。131任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作圖2-52消除交越失真的單電源互補功率放大電路

132任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

133任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

134任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

135任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

136任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作

137任務(wù)6

功率放大器的設(shè)計與制作知識鏈接：3.復(fù)合管共射放大電路的動態(tài)分析及其特點（1）復(fù)合管共射放大電路的動態(tài)分析其動態(tài)分析方法與基本共射電路基本相同，只是復(fù)合管放大電路中的晶體管不只一個，應(yīng)分別畫出各晶體管的h參數(shù)等效模型，動態(tài)參數(shù)的計算也較為復(fù)雜。（2）復(fù)合管共射放大電路的特點電壓放大倍數(shù)與單管時相當(dāng)，但輸入電阻明顯增大。與單管放大電路相比，當(dāng)輸入信號相同時，從信號源索取的電流將顯著減少。（3）四種類型的復(fù)合管等效形式，如圖2-53所示。138任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作知識鏈接：139任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作圖2-53四種類型復(fù)合管的等效形式

知識鏈接：4.甲乙類互補功率放大電路為解決交越失真，可給三極管稍稍加一點偏置，使之工作在甲乙類。甲乙類互補功率放大電路如圖2-54所示。140任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作任務(wù)實施

：一、設(shè)備要求1.PC機一臺2.Multisim軟件二、實施步驟1.甲類功放仿真測試（1）打開Multisim軟件，按圖2-55連接測試電路。（2）觀察實驗現(xiàn)象并記錄。141任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作任務(wù)實施

：142任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作圖2-55甲類功放仿真示意圖任務(wù)實施

：2.乙類功放的仿真測試（1）打開Multisim軟件，按圖2-56連接測試電路。（2）觀察實驗現(xiàn)象并記錄。143任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作圖2-56乙類功放仿真示意圖任務(wù)實施

：3.甲乙類功放仿真測試（1）打開Multisim軟件，按圖2-57連接測試電路。（2）觀察實驗現(xiàn)象并記錄。144任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作圖2-57甲乙類功放仿真示意圖任務(wù)實施

：實訓(xùn)2音頻功率放大器的設(shè)計與制作2.1設(shè)計指標(biāo)(1)學(xué)習(xí)小功率放大器的設(shè)計與調(diào)試方法。(2)掌握小功率放大器有關(guān)參數(shù)的測試方法。(3)掌握電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。(4)通過電路設(shè)計加深對該課程知識的理解以及對知識的綜合運用。145任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作任務(wù)實施

：2.2設(shè)計任務(wù)①乙類功放原理圖設(shè)計；②甲類功放原理圖設(shè)計；③交越失真的調(diào)整；④TDA2030芯片制作互補對稱推挽輸出雙聲道功率放大器。2.3設(shè)計要求(1)畫出原理框圖；(2)仿真實驗截圖；(3)撰寫設(shè)計說明書。146任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作任務(wù)實施

：2.4硬件設(shè)計與檢查一、PCB板的制作1.準(zhǔn)備原理圖和網(wǎng)絡(luò)表。2.規(guī)劃電路板，設(shè)置參數(shù)。3.裝入網(wǎng)絡(luò)表，元件封裝。4.布置元件，手工調(diào)整。5.布線，手工調(diào)整。6.pcb文件存盤，save，打印輸出。并檢查打印出來的PCB圖是否完好。7.用Fecl3溶液進行腐蝕。147任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作任務(wù)實施

：二、硬件設(shè)計及檢測對電路進行組裝：按照自己設(shè)計的電路，在PCB板上焊接。焊接完畢后，應(yīng)對照電路圖仔細(xì)檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊的現(xiàn)象。對安裝完成的電路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進行測量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整和測量，使電路的性能達到要求。1.準(zhǔn)備的儀器儀表

①GB一9毫伏表1臺，

②0．5kW調(diào)壓器1臺，

③萬用表1塊，

④常用調(diào)試工具1套

⑤35W電烙鐵1把(外殼接地)，

⑥300V交流電壓表1個，

⑦3A交流電流表1個，

⑧工藝電阻：15W、15?電阻1只。148任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作任務(wù)實施

：2.外觀檢查：(1)仔細(xì)檢查整流濾波電容極性裝配是否正確，以免發(fā)生意外及損壞元器件。(2)防止輸出端或負(fù)載短路，以免損壞電源調(diào)整管或其它元器件。3.電路靜態(tài)檢測4.電路動態(tài)檢測149任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作任務(wù)實施

：三、焊接要求手工焊接一般分四步驟進行：①準(zhǔn)備焊接:清潔被焊元件處的積塵及油污,再將被焊元器件周圍的元器件左右掰一掰,讓電烙鐵頭可以觸到被焊元器件的焊錫處,以免烙鐵頭伸向焊接處時燙壞其他元器件。焊接新的元器件時,應(yīng)對元器件的引線鍍錫。②加熱焊接:將沾有少許焊錫和松香的電烙鐵頭接觸被焊元器件約幾秒鐘。若是要拆下印刷板上的元器件,則待烙鐵頭加熱后,用手或鑷子輕輕拉動元器件,看是否可以取下。③清理焊接面:若所焊部位焊錫過多,可將烙鐵頭上的焊錫甩掉(注意不要燙傷皮膚,也不要甩到印刷電路板上!),用光烙錫頭"沾"些焊錫出來。若焊點焊錫過少、不圓滑時,可以用電烙鐵頭"蘸"些焊錫對焊點進行補焊。④檢查焊點:看焊點是否圓潤、光亮、牢固,是否有與周圍元器件連焊的現(xiàn)象。150任務(wù)2.6

功率放大器的設(shè)計與制作思考與練習(xí)2：P63151項目二音頻功率放大器的設(shè)計與測試項目三

集成運算放大器的設(shè)計和測試學(xué)習(xí)目標(biāo)：知識目標(biāo)：了解集成運算放大器的基本組成。理解集成運算放大器的基本工作原理。理解集成運算放大器的基本分析方法。技能目標(biāo)：能夠識別集成運算放大器的型號，能夠測試集成運算放大器的性能。初步具有排查集成運算放大電路常見故障的能力。153項目背景：前面介紹的電路都是由各種單個元件，如二極管、三極管、電阻、電容、電感等連接而成的電子電路，這種電路稱為分立元件電路。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體制作工藝不斷地進步，逐漸實現(xiàn)將整個電路中的分立元件制作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功能的電路，這種電路稱為集成電路(IC)。集成電路按集成度來分，有小規(guī)模(SSI)、中規(guī)模(MSI)、大規(guī)模(LSI)和超大規(guī)模(VLSI)集成電路；按功能分，有數(shù)字集成電路和模擬集成電路。集成運算放大器(integratedoperationalamplifier)簡稱集成運放，是模擬集成電路中應(yīng)用極為廣泛的一類，也是其他各類模擬集成電路應(yīng)用的基礎(chǔ)。最早集成運放主要用于模擬計算機中，通過改變運算放大器的外接反饋電路和輸入電路的形式來實現(xiàn)數(shù)值的加、減、乘、除、微分、積分等計算，故稱為運算放大器?，F(xiàn)在的集成運放廣泛地應(yīng)用于運算、測量、控制及信號的產(chǎn)生、處理和變換等領(lǐng)域。154任務(wù)3.1集成運算放大器的識別與測試任務(wù)分析：集成運放是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。它的增益高(可達60～180dB)，輸入電阻大(幾十千歐至百萬兆歐)，輸出電阻低(幾十歐)，而且還具有輸入電壓為零時輸出電壓亦為零的特點，適用于正、負(fù)兩種極性信號的輸入和輸出。隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，集成運放的性能不斷改善，種類也越來越多，其應(yīng)用也遠(yuǎn)超過了信號運算的范圍，在電子技術(shù)的許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。本任務(wù)通過認(rèn)識和檢測集成運放，學(xué)習(xí)集成運放的組成及性能特點。155任務(wù)3.1集成運算放大器的識別與測試知識鏈接：3.1.1集成運算放大器的基本組成3.1.2集成運算放大器的符號3.1.3集成運算放大器的主要性能指標(biāo)3.1.4集成運算放大器的傳輸特性3.1.5理想集成運算放大器1563.1.1集成運算放大器的基本組成集成運放通常包含四個基本組成部分，即輸入級、中間級、輸出級和偏置電路。如圖所示。157輸入級一般要求差模放大倍數(shù)大、輸入電阻高，以便把外加信號盡可能多地吸入電路中去；通常采用具有同相和反相兩個輸入端的高性能差分放大電路實現(xiàn)，從而減少零點漂移，抑制共模信號。中間級主要用于提高電壓增益，要求其有大的電壓放大倍數(shù)，一般由一級或兩級有源負(fù)載放大器構(gòu)成，以提高集成運放的輸出功率和帶負(fù)載能力。輸出級用于和負(fù)載相連，為了提高帶負(fù)載能力，要求輸出電阻小。一般采用射極輸出器或互補對稱的輸出電路。偏置電路用于設(shè)置集成運放各級放大電路的靜態(tài)工作點，一般由恒流源電路組成。3.1.2集成運算放大器的符號通常采用簡化符號，只畫出同相和反相的兩個輸入端以及一個輸出端。158“-”表示反相輸入端，信號從此輸入端輸入時，在輸出端會得到與輸入端極性相反的信號；“+”表示同相輸入端，信號從此輸入端輸入時，在輸出端會得到與輸入端極性相同的信號。集成運放有同相和反相兩個輸入端，若兩個輸入端上的電壓大小相等、極性相反，則這樣的一對信號稱為差模信號；若兩個輸入端上的電壓大小相等、極性也相同，則稱為共模信號。3.1.3集成運算放大器的主要性能指標(biāo)

159

1603.1.4集成運算放大器的傳輸特性集成運放的傳輸特性是描述輸出電壓與輸入電壓差(同相和反相輸入端的差值)之間的關(guān)系。1613.1.5理想集成運算放大器

162任務(wù)3.1集成運算放大器的識別與測試任務(wù)實施：任務(wù)目標(biāo)(1)熟悉集成運放的外形、引腳和使用方法。(2)掌握集成運放的好壞判斷及測試方法。(3)熟悉集成運放性能的測試方法。設(shè)備要求(1)直流電源1臺。(2)信號發(fā)生器1臺。(3)示波器1臺。(4)萬用表1只。(5)電阻、電容若干。(6)集成運放芯片F(xiàn)007、A741、LM324各一個。163任務(wù)3.1集成運算放大器的識別與測試實施步驟1．認(rèn)識常用的集成運放型號及引腳利用集成運放芯片實現(xiàn)電路功能，關(guān)鍵是能夠正確區(qū)分集成運放的各引腳，并熟悉不同型號集成運放的特點和引腳排列。集成運放的封裝形式主要為金屬圓殼封裝及雙列直插式封裝。金屬圓殼封裝的引腳有8、10、12三種形式，雙列直插式封裝的引腳有8、14、16三種形式。具體引腳分布如圖3-4所示164圖3-4集成運放封裝形式及引腳分布任務(wù)3.1集成運算放大器的識別與測試2．集成運放好壞的簡單測試集成運放工作在線性區(qū)時，需要引入負(fù)反饋。此時集成運放具有“虛短”和“虛斷”的特性，可以利用這兩個特性對集成運放進行分析。(1)給集成運放A741同時接正、負(fù)直流電源(注意用萬用表分別測量兩路電源為±12V，經(jīng)檢查無誤后方可接通±12V電源)，如圖3-5所示。(2)分別將同相輸入端或反相輸入端接地，檢測輸出電壓uo是否為uom值(電源電壓為±12V時)，若是，則該器件基本良好，否則說明器件已損壞。將運算放大器的兩個輸入端短路接地，運算放大器的輸出端對地電壓應(yīng)為零，對正電源端電壓應(yīng)為12V，對負(fù)電源端電壓應(yīng)為+12V，若數(shù)值偏差大，則說明該集成運放已不能正常工作或已損壞。165任務(wù)3.1集成運算放大器的識別與測試3．集成運放的參數(shù)測試(1)測試集成運放的傳輸特性及輸出電壓的動態(tài)范圍運算放大器輸出電壓的動態(tài)范圍是指在不失真條件下所能達到的最大幅值。為了測試方便，一般情況下將其輸出電壓的最大擺幅VoPP當(dāng)作運算放大器的最大動態(tài)范圍。其測試電路如圖3-6所示。166任務(wù)3.1集成運算放大器的識別與測試(2)測開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aud。開環(huán)電壓放大倍數(shù)是指運算放大器沒有反饋時的差模電壓放大倍數(shù)，即運算放大器輸出電壓Vo與差模輸入電壓Vi之比，測試電路如圖3-7所示。Rf為反饋電阻，通過隔直電容和電阻R構(gòu)成閉環(huán)工作狀態(tài)，同時與R1、R2構(gòu)成直流負(fù)反饋，減少了輸出端的電壓漂移。167任務(wù)3.1集成運算放大器的識別與測試(3)測輸入失調(diào)電壓Uio。輸入失調(diào)電壓是指放大器輸出為零時，在輸入端所必須引入的補償電壓。根據(jù)定義，測試電路如圖3-8所示。168任務(wù)3.1集成運算放大器的識別與測試(4)測輸入失調(diào)電流Iio。輸入失調(diào)電流是指輸出端為零電平時，兩輸入端基極電流的差值，用Iio表示。顯然，Iio的存在將使輸出端零點偏離，且信號源阻抗越高，輸入失調(diào)電流影響越嚴(yán)重。測試電路同圖3-8169任務(wù)3.1集成運算放大器的識別與測試(5)測共模抑制比KCMR。根據(jù)定義，運算放大器的KCMR等于放大器的差模電壓放大倍數(shù)Aud和共模電壓放大倍數(shù)Auc之比，即170任務(wù)3.2集成運算放大器基本應(yīng)用電路的測試任務(wù)分析：集成運放主要有線性和非線性兩種工作狀態(tài)。線性工作狀態(tài)可以用于運算放大；非線性工作狀態(tài)可以用于電壓比較。本任務(wù)通過介紹集成運放的線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用，學(xué)習(xí)集成運放的基本應(yīng)用電路。171任務(wù)3.2集成運算放大器基本應(yīng)用電路的測試知識鏈接：3.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用3.2.2集成運算放大器的非線性應(yīng)用1723.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用運算電路主要有比例運算、加減運算、微積分運算等。在運算電路中，輸入信號作為自變量，輸出信號作為函數(shù)，當(dāng)輸入信號變化時，輸出信號按運算規(guī)律發(fā)生相應(yīng)變化。1．比例運算電路1)反相比例運算電路反相比例運算電路如圖3-10所示。173圖3-10反相比例運算電路3.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用因為有負(fù)反饋，集成運放工作在線性區(qū)，可以利用“虛短”和“虛斷”的概念進行電路分析。根據(jù)“虛短”的概念可得

，因為

通過電阻

接地，故

。由此可見，運放的反相輸入端雖然沒有接地，但具有和地相同的電位，也叫“虛地”。根據(jù)“虛斷”的概念可得

。由基爾霍夫電流定律可知

，即

，整理可得

。由此可見，輸出電壓和輸入電壓之間是成反比例的，因此，此電路為反相比例運算電路。當(dāng)

時，輸出電壓和輸入電壓大小相等，相位相反，此時電路為反相器。反相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)為

。1743.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用2)同相比例運算電路同相比例運算電路如圖3-11所示。輸入信號ui通過電阻R0加到集成運放的同相輸入端，Rf為反饋電阻，將輸出電壓uo反饋到反相輸入端。根據(jù)反饋組態(tài)的判別方法，可判斷出該電路的反饋方式為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。反相輸入端經(jīng)電阻R1接地。175圖3-11同相比例運算電路3.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用因為有負(fù)反饋，集成運放工作在線性區(qū)，可以利用“虛短”和“虛斷”的概念進行電路分析。根據(jù)“虛短”的概念可得

，因為通過電阻R0接ui，故

。根據(jù)“虛斷”的概念可得

。由基爾霍夫電流定律可知

，即

，整理可得

。由此可見，輸出電壓和輸入電壓之間是成正比例的，因此，此電路為同相比例運算電路。同相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)為

。在圖3-11電路中，將Rf短路(Rf=0)或者R1斷開(

)，

=1。輸出電壓和輸入電壓大小相等，相位相同，此時電路為電壓跟隨器，如圖3-12所示。1763.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用2．加減運算電路1)加法運算電路(1)反相加法運算電路。反相加法運算電路如圖3-13所示。在反相比例運算電路中增加一個輸入端即可構(gòu)成反相加法運算電路。177圖3-13反相加法運算電路3.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用利用“虛短”和“虛斷”的概念進行電路分析。根據(jù)“虛短”的概念可得

，因為通過電阻R0接地，故。根據(jù)“虛斷”的概念可得

。由基爾霍夫電流定律可知

，即

，整理可得

。當(dāng)

時，輸出電壓

，即輸出電壓等于輸入電壓之和，負(fù)號表示反相。故該電路稱為反相加法運算電路。1783.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用(2)同相加法運算電路。同相加法運算電路如圖3-14所示。在同相比例運算電路中增加一個輸入端即可構(gòu)成同相加法運算電路。179圖3-14同相加法運算電路3.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用利用“虛短”和“虛斷”的概念進行電路分析。根據(jù)“虛斷”的概念可得

。對于反相輸入端，由基爾霍夫電流定理可知

，即

，整理可得

；對于同相輸入端，由基爾霍夫電流定律可知

，即

，整理可得

。根據(jù)“虛短”的概念可得

，即

，整理可得

。當(dāng)

時，

，即輸出電壓等于輸入電壓之和。故該電路稱為同相加法運算電路。1803.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用3．減法運算電路減法運算電路如圖3-15所示。兩個輸入信號分別加在集成運放的反相輸入端和同相輸入端，相當(dāng)于將反相比例運算電路和同相比例運算電路組合起來。1813.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用利用“虛短”和“虛斷”的概念進行電路分析。根據(jù)“虛斷”的概念可得

。對于反相輸入端，由基爾霍夫電流定律可知

，即

，整理可得

；對于同相輸入端，由基爾霍夫電流定律可知

，即

，整理可得

。根據(jù)“虛短”的概念可得

，即

，整理可得

。當(dāng)

時，

；當(dāng)

時，

；當(dāng)

時，

。由此可見輸出電壓與輸入電壓之差成比例。故該電路稱為減法運算電路。1823.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用利用加法運算電路和反相比例運算電路也可以構(gòu)成減法運算電路，如圖3-16所示。

反相比例運算電路輸出信號為

，加法運算電路輸出信號為

。183圖3-16加法運算電路和反相比例運算電路構(gòu)成的減法運算電路3.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用4．微積分運算電路積分運算和微分運算互為逆運算。利用積分電路和微分電路可以實現(xiàn)方波、三角波之間的波形變換。1)積分運算電路積分運算電路如圖3-17所示。由圖可見，將反相比例運算電路中的反饋電阻換成電容，即可構(gòu)成積分運算電路。1843.2.1集成運算放大器的線性應(yīng)用利用“虛短”和“虛斷”的概念進行電路分析。根據(jù)“虛短”的概念可得

，因為u+通過電阻

接地，故

。根據(jù)“虛斷”的概念可得

，由基爾霍夫電流定律可知

。假設(shè)t=0時，電容上的初始電壓為0，則接入輸入信號

時有

，

。由此可見，輸出電壓為輸入電壓對時間的微分，負(fù)號表示相位是相反的。1853.2.2集成運算放大器的非線性應(yīng)用當(dāng)集成運放工作在開環(huán)狀態(tài)或者引入正反饋時，它工作在非線性區(qū)。此時集成運放輸入輸出關(guān)系滿足：當(dāng)時，為正向最大電壓；當(dāng)時，為負(fù)向最大電壓。集成運放非線性應(yīng)用可以用于構(gòu)成電壓比較器。電壓比較器是將輸入的模擬信號與一個基準(zhǔn)電壓進行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出一定的高低電平。1863.2.2集成運算放大器的非線性應(yīng)用1．簡單電壓比較器簡單電壓比較器電路如圖3-19(a)所示，參考電壓

可以是正值也可以是負(fù)值。當(dāng)

，即

時，

為高電平輸出；當(dāng)

，即

時，

為低電平輸出。得到的電壓傳輸特性如圖3-19(b)所示。當(dāng)UREF=0，輸入電壓ui每次過零時，輸出電壓就要產(chǎn)生跳變。這時比較器稱為過零比較器，如圖3-20所示。該電路既可以用作零電平檢測器，也可以用于波形轉(zhuǎn)換，將正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ā?873.2.2集成運算放大器的非線性應(yīng)用2．遲滯電壓比較器簡單電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但抗干擾能力差。通過引入正反饋的遲滯電壓比較器可以克服抗干擾能力差的問題。圖3-21(a)是遲滯電壓比較器。遲滯電壓比較器有上、下兩個判決門限，可以解決誤判的問題，以此來獲得正確、穩(wěn)定的輸出波形。188任務(wù)3.2集成運算放大器基本應(yīng)用電路的測試任務(wù)實施：任務(wù)目標(biāo)(1)能夠用集成運放等元件構(gòu)成線性應(yīng)用電路。(2)能夠用集成運放等元件構(gòu)成非線性應(yīng)用電路。(3)通過實驗測試和分析，進一步掌握它們的主要特點、性能及輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。設(shè)備要求(1)PC機一臺。(2)Multisim軟件。189任務(wù)3.2集成運算放大器基本應(yīng)用電路的測試1．集成運放線性應(yīng)用電路測試1)反相比例運算電路(1)打開Multisim軟件，按圖3-22連接仿真測試電路。190任務(wù)3.2集成運算放大器基本應(yīng)用電路的測試(2)反相輸入端接交流正弦信號源，輸出端接示波器A通道，B通道接輸入信號。對示波器時基標(biāo)度、通道刻度等進行調(diào)整，觀察實驗現(xiàn)象并記錄。(3)改變R1、R2、R3的阻值，輸入信號不變。觀察示波器中放大倍數(shù)與電阻阻值之間的關(guān)系，填入表3-4中。結(jié)論：當(dāng)R1變大時，放大倍數(shù)變

；當(dāng)R2變大時，放大倍數(shù)變

；當(dāng)R3變大時，放大倍數(shù)變

。同樣的方法可以驗證同相比例運算電路輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系191任務(wù)3.2集成運算放大器基本應(yīng)用電路的測試2)反相加法運算電路(1)打開Multisim軟件，按圖3-23連接仿真測試電路。(2)反相輸入端接直流信號源，輸出端接萬用表。觀察實驗現(xiàn)象并記錄。同樣的方法可以驗證同相加法運算電路輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。192任務(wù)3.2集成運算放大器基本應(yīng)用電路的測試3)減法運算電路(1)打開Multisim軟件，按圖3-24連接仿真測試電路。(2)反相輸入端