單元3集成運(yùn)放及其應(yīng)用3

輸配電網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備電氣工程系孫士英1/15/2025單元三集成運(yùn)放及其應(yīng)用任務(wù)1信號運(yùn)算電路的裝配與調(diào)試任務(wù)2正弦波信號發(fā)生器的裝配與調(diào)試任務(wù)3矩形波—三角波發(fā)生器的裝配與調(diào)試學(xué)習(xí)流程與活動1/15/2025任務(wù)1信號運(yùn)算電路的裝配與調(diào)試1/15/2025任務(wù)一引導(dǎo)問題1：你知道什么是集成運(yùn)算放大器？引導(dǎo)問題2：什么是虛地和虛短？引導(dǎo)問題3：集成運(yùn)放工作在線性區(qū)和非線性區(qū)各有什么特點(diǎn)？引導(dǎo)問題4：反相比例和同相比例運(yùn)算電路有何特點(diǎn)？任務(wù)二引導(dǎo)問題1：什么是正弦波振蕩器？引導(dǎo)問題2：正弦波振蕩電路有幾部分組成？引導(dǎo)問題3：集成運(yùn)放構(gòu)成的正弦波振蕩電路中各元件有何作用？1/15/2025電能的傳輸與分配過程

工廠所需電能是有發(fā)電廠生產(chǎn)的，但發(fā)電廠往往建在能源基地附近，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，這就引起了大容量、遠(yuǎn)距離輸送電力的問題。當(dāng)電流在線路中流過時(shí)，會造成電壓降落、功率損耗。為了減少這些損耗，發(fā)電廠出的電力一般要經(jīng)過發(fā)電廠內(nèi)的升壓變壓器升壓后輸送，然后再經(jīng)降壓變壓器降壓分配到用戶，如圖1-1所示。由于電能的生產(chǎn)、輸送、分配及使用過程，幾乎是在同一瞬間完成的，所以為了提高供電的可靠性及經(jīng)濟(jì)性，任務(wù)導(dǎo)入1/15/2025通常把分散在各地區(qū)的發(fā)電廠及用戶通過電力網(wǎng)聯(lián)結(jié)起來組成高電壓，大電流的電力系統(tǒng)進(jìn)行集中管理，統(tǒng)一調(diào)度和分配電力。本任務(wù)將學(xué)習(xí)電力系的組成及概念1/15/20251/15/2025一、基本概念相關(guān)知識從圖1-1中，可了解到電力系統(tǒng)的基本概念。電力系統(tǒng)。由發(fā)電、送電、變電、配電及用電組成的統(tǒng)一體，稱為電力系統(tǒng)。電力網(wǎng)。電力系統(tǒng)中各種電壓等級的輸配電線路及其聯(lián)系的變電所組成的部分，及電力系統(tǒng)中除發(fā)電廠及電力用戶以外的中間環(huán)節(jié)，稱為電力網(wǎng)。動力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)加上發(fā)電廠的動力部分（如鍋爐、汽輪機(jī)、核反應(yīng)堆、水庫、水輪機(jī)及熱力裝置等）所構(gòu)成的整體稱為動力系統(tǒng)。1/15/2025二、電力系統(tǒng)的組成1.發(fā)電廠發(fā)電廠是將自然界蘊(yùn)藏的各種一次能源（如水力、煤炭、石油、天然氣、風(fēng)力、地?zé)?、太陽能和核能等）轉(zhuǎn)換為電能（二次能源）的特殊工廠。按其所用一次能源形式不同，發(fā)電廠可分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核能發(fā)電場、風(fēng)力發(fā)電場、潮汐發(fā)電廠、地?zé)岚l(fā)電廠、太陽能發(fā)電廠等；按其規(guī)模和供電范圍又可分為區(qū)域性發(fā)電廠、地方性發(fā)電廠和自備發(fā)電廠等。1/15/2025（1）火力發(fā)電廠

火力發(fā)電廠簡稱火電廠，他是將煤、石油、天然氣等燃料儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的電廠。如圖1-2所示，為一火力發(fā)電廠外貌?；鹆Πl(fā)電廠生產(chǎn)過程為：燃料在鍋爐中燃燒釋放出熱能將水加熱變成具有一定壓力及溫度的蒸汽，蒸汽由推動汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動同軸的發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。迄今為止，世界上大多數(shù)國家的電能都是又火力發(fā)電廠提供的?；鹆Πl(fā)電廠可分為凝氣式電廠（僅向用戶供電，一般建在燃料基地附近，1/15/2025又稱為坑口電廠或區(qū)域電廠）和熱電廠（不僅向用戶供電，還向用戶供蒸汽和熱水，一般建在城市或用戶附近）。目前，我國火力發(fā)電廠一般是以煤炭為燃料的凝汽式發(fā)電廠為主。1/15/2025

圖1-2火力發(fā)電廠1/15/2025圖1-2火力發(fā)電廠1/15/2025（2）水力發(fā)電廠

水力發(fā)電廠簡稱水電廠，它是將江河水從上游到下游時(shí)形成的重力勢能，轉(zhuǎn)換為電能的電廠。如圖1-3所示為水力發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖。河水沖動水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，將水的勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后又帶動同軸的發(fā)電機(jī)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。1/15/2025基本運(yùn)算電路當(dāng)R1=Rf時(shí)，Auf=-1反相器反相器：反相器1/15/2025基本運(yùn)算電路2.同相比例運(yùn)算因虛斷，所以u+=ui

（1）電路組成（2）電壓放大倍數(shù)uoRFuiR2R1++––++

–

因虛短，所以

u–=ui，反相輸入端“虛地”不存在

因要求靜態(tài)時(shí)N、P對地電阻相同，所以輸入電阻R2=R1//RFu+u–1/15/2025基本運(yùn)算電路當(dāng)R1=

，Rf=0時(shí)，Auf=1跟隨器跟隨器：同相器1/15/2025準(zhǔn)備所需儀表、工具：常用電子組裝工具一套、雙通道示波器一臺、直流穩(wěn)壓電源（正、負(fù)雙電源）一臺、低頻信號發(fā)生器一臺、萬用表一只。所需電子元器件及材料見表3—1。

任務(wù)準(zhǔn)備1．對電路中使用的元器件進(jìn)行檢測與篩選。2．按照裝配電路原理圖裝配電路。裝配工藝要求：（1）電阻器均采用水平安裝，要求貼緊電路板，電阻器的色環(huán)方向應(yīng)一致。（2）集成運(yùn)放采用垂直安裝，底部貼緊電路板，注意管腳應(yīng)正確。（3）布線正確，焊點(diǎn)合格，無漏焊、虛焊、短路現(xiàn)象。任務(wù)實(shí)施3．裝配完成后應(yīng)首先進(jìn)行自檢，正確無誤后才能進(jìn)行調(diào)試。（1）焊接檢查焊接結(jié)束后，首先檢查電路有無漏焊、錯(cuò)焊、虛焊等問題。檢查時(shí)可用尖嘴鉗或鑷子將每個(gè)元件拉一拉，看有無松動，如果發(fā)現(xiàn)有松動現(xiàn)象，應(yīng)重新焊接。（2）元器件檢查檢查集成運(yùn)放管腳有無接錯(cuò)，用萬用表歐姆檔檢查管腳有無短路、開路等問題。（3）接線檢查對照裝配電路原理圖檢查接線是否正確，有無接錯(cuò)、是否有碰線、短路現(xiàn)象。應(yīng)重點(diǎn)檢查集成運(yùn)放輸出端、電源端和接地端，這幾個(gè)端子之間不能短路，否則將損壞器件和電源。發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)糾正。任務(wù)實(shí)施3．電路調(diào)試（1）經(jīng)上述檢查確認(rèn)沒有錯(cuò)誤后，將穩(wěn)壓電源輸出的正、負(fù)12V直流電源與電路的正、負(fù)電源端相連接，并認(rèn)真檢查，確保直流電源正確、可靠地接入電路，然后接通直流電源。（2）將低頻信號發(fā)生器“頻率”調(diào)為100HZ，輸出信號電壓調(diào)為50mV，輸入至測試電路的輸入端。（3）將雙通道示波器Y軸輸入分別與測試電路的輸入、輸出端連接，接通示波器電源，調(diào)整示波器使輸入、輸出電壓波形穩(wěn)定顯示（1—3個(gè)周期）。任務(wù)實(shí)施（4）讀取輸入、輸出電壓波形的峰—峰值，計(jì)算電壓放大倍數(shù)。將結(jié)果填入表3—2中。

（5）分別觀察電壓跟隨器、同比例運(yùn)算電路、反向比例運(yùn)算電路和反相器的輸出波形，觀察輸入、輸出波形的相位變化。任務(wù)實(shí)施問題及防治一般情況下，試結(jié)果均與理論估算值接近，誤差很小。若測試結(jié)果與理論估算值產(chǎn)生較大誤差，則其原因主要有：（1）集成運(yùn)放的特性與理論值相差較多，主要是集成運(yùn)放的開環(huán)增益不高，使實(shí)測輸出電壓值偏小。另外，共模抑制比比較低，也會引起同相運(yùn)算電路的輸出產(chǎn)生誤差。（2）運(yùn)算電路外接元件的標(biāo)稱值與實(shí)際值有誤差。（3）調(diào)零沒有調(diào)好或調(diào)零電位器發(fā)生變動。（4）電路接錯(cuò)或測量點(diǎn)接錯(cuò)，電壓表換擋誤差或讀數(shù)錯(cuò)誤，電壓表內(nèi)阻較低等。（5）輸入信號過大，集成運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)。任務(wù)2正弦波信號發(fā)生器的裝配與調(diào)試1/15/2025本任務(wù)主要介紹振蕩的基本概念，RC串并聯(lián)電路的選頻特性，RC橋式正弦波振蕩電路的組成及工作原理，RC橋式正弦波振蕩電路的裝配與調(diào)試方法，并能獨(dú)立排除調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。任務(wù)描述任務(wù)分析本任務(wù)要求根據(jù)電路原理圖，按工藝要求裝配與調(diào)試電路，通過RC橋式正弦波振蕩電路的裝配與調(diào)試，掌握振蕩電路的特點(diǎn)，起振條件，元件參數(shù)對電路性能的影響。裝配電路的原理圖1/15/2025引導(dǎo)問題1：什么是正弦波振蕩器？引導(dǎo)問題2：正弦波振蕩電路的組成原則？引導(dǎo)問題3：集成運(yùn)放構(gòu)成的正弦波振蕩電路中各元件有何作用？引導(dǎo)問題1/15/2025正弦波振蕩電路正弦波振蕩的概念正弦波振蕩電路的組成原則放大電路在沒有輸入信號時(shí)，接通電源就有穩(wěn)定的正弦波信號輸出，這種電路稱為正弦波振蕩電路。（1）放大電路放大電路是維持振蕩電路連續(xù)工作的主要環(huán)節(jié)，沒有放大，不可能產(chǎn)生持續(xù)的振蕩。要求放大電路必須有能量供給，結(jié)構(gòu)合理，靜態(tài)工作點(diǎn)合適，具有放大的作用。1/15/2025正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路的組成原則（2）反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)的作用是形成反饋（主要是正反饋）信號，為放大電路提供維持振蕩的輸入信號，是振蕩電路維持振蕩的主要環(huán)節(jié)。（3）選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)的主要作用是保證電路能產(chǎn)生單一頻率的振蕩信號，一般情況下這個(gè)頻率就是振蕩電路的振蕩頻率。在很多振蕩電路中，選頻網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起。（4）穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路的作用主要是使振蕩信號幅值穩(wěn)定，以達(dá)到穩(wěn)幅振蕩。1/15/2025準(zhǔn)備所需儀表、工具：常用電子組裝工具一套、雙通道示波器一臺、直流穩(wěn)壓電源（正、負(fù)雙電源）一臺、交流毫伏表一只、萬用表一只。所需電子元器件及材料見表3—5。任務(wù)準(zhǔn)備1．對電路中使用的元器件進(jìn)行檢測與篩選。2．按照裝配電路原理圖裝配電路。裝配工藝要求：（1）電阻器均采用水平安裝，要求貼緊電路板，電阻器的色環(huán)方向應(yīng)一致。（2）集成運(yùn)放采用垂直安裝，底部貼緊電路板，注意管腳應(yīng)正確。（3）布線正確，焊點(diǎn)合格，無漏焊、虛焊、短路現(xiàn)象。任務(wù)實(shí)施3．裝配完成后應(yīng)首先進(jìn)行自檢，正確無誤后才能進(jìn)行調(diào)試。（1）焊接檢查焊接結(jié)束后，首先檢查電路有無漏焊、錯(cuò)焊、虛焊等問題。檢查時(shí)可用尖嘴鉗或鑷子將每個(gè)元件拉一拉，看有無松動，如果發(fā)現(xiàn)有松動現(xiàn)象，應(yīng)重新焊接。（2）元器件檢查檢查集成運(yùn)放管腳有無接錯(cuò)，用萬用表歐姆檔檢查管腳有無短路、開路等問題。（3）接線檢查對照裝配電路原理圖檢查接線是否正確，有無接錯(cuò)、是否有碰線、短路現(xiàn)象。應(yīng)重點(diǎn)檢查集成運(yùn)放輸出端、電源端和接地端，這幾個(gè)端子之間不能短路，否則將損壞器件和電源。發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)糾正。任務(wù)實(shí)施3．電路調(diào)試（1）經(jīng)上述檢查確認(rèn)沒有錯(cuò)誤后，將穩(wěn)壓電源輸出的正、負(fù)12V直流電源與電路的正、負(fù)電源端相連接，并認(rèn)真檢查，確保直流電源正確、可靠地接入電路。（2）接通±12V電源，調(diào)節(jié)電位器Rw，使輸出波形從無到有，從正弦波到出現(xiàn)失真。描繪uo的波形，記下臨界起振、及正弦波輸出失真情況下Rw值，分析負(fù)反饋強(qiáng)弱對起振條件及輸出波形的影響。（3）調(diào)節(jié)電位器Rw，使輸出電壓uo幅值最大且不失真，用交流毫伏表分別測量輸出電壓Uo，反饋電壓U+和U-，分析研究振蕩的幅值條件。任務(wù)實(shí)施（4）用示波器測量振蕩頻率f0，然后在選頻網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)電阻R上并聯(lián)同一阻值電阻，觀察記錄振蕩頻率的變化情況，并與理論值進(jìn)行比較。（5）斷開二極管V1、V2，重復(fù)（3）的內(nèi)容，將測試結(jié)果與（3）進(jìn)行比較，分析V1、V2的穩(wěn)幅作用。任務(wù)實(shí)施問題及防治1．調(diào)試中若無振蕩信號輸出，可檢查直流電源是否可靠接入，RC選頻電路接入是否正確，集成運(yùn)放是否完好等，或負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)適當(dāng)加大RF進(jìn)行故障排除。2．調(diào)試中若波形失真嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減小RF。任務(wù)3矩形波—三角波發(fā)生器的裝配與調(diào)試1/15/2025引導(dǎo)問題1：矩形波和三角波發(fā)生器的作用？引導(dǎo)問題2：集成運(yùn)放構(gòu)成的矩形波和三角波發(fā)生器電路中各元件有何作用？引導(dǎo)問題1/15/2025本任務(wù)主要介紹電壓比較器、具有滯迴特性的電壓比較器工作原理及特點(diǎn)，矩形波—三角波發(fā)生器的組成及工作原理分析。矩形波—三角波發(fā)生器的組裝與調(diào)試方法，并能獨(dú)立排除調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。任務(wù)描述任務(wù)分析本任務(wù)要求根據(jù)電路原理圖，按工藝要求裝配與調(diào)試電路，通過矩形波—三角波發(fā)生器的裝配與調(diào)試，掌握矩形波—三角波發(fā)生器的特點(diǎn)，各元件的作用、元件參數(shù)對電路性能的影響。1/15/2025

矩形波和三角波發(fā)生器分別是產(chǎn)生矩形波和三角波信號的電路，是一個(gè)信號源。矩形波和三角波信號在計(jì)算機(jī)和制動控制系統(tǒng)中廣泛使用。矩形波—三角波發(fā)生器的作用矩形波—三角波發(fā)生器矩形波—三角波發(fā)生器電路組成及工作原理1/15/2025矩形波—三角波發(fā)生器的振蕩周期矩形波—三角波發(fā)生器矩形波—三角波發(fā)生器電路組成及工作原理改變R4與R2的比值或R5C充放電電路的時(shí)間常數(shù)，就可改變輸出電壓的頻率。此外，改變積分電路的輸入電壓值也可以改變輸出電壓的頻率。

1/15/2025準(zhǔn)備所需儀表、工具：常用電子組裝工具一套、雙通道示波器一臺、直流穩(wěn)壓電源（正、負(fù)雙電源）一臺、交流毫伏表一只、萬用表一只。所需電子元器件及材料見表3—7。任務(wù)準(zhǔn)備1．對電路中使用的元器件進(jìn)行檢測與篩選。2．按照裝配電路原理圖裝配電路。裝配工藝要求：（1）電阻器均采用水平安裝，要求貼緊電路板，電阻器的色環(huán)方向應(yīng)一致。（2）集成運(yùn)放采用垂直安裝，底部貼緊電路板，注意管腳應(yīng)正確。（3）