模拟电路项目四.docx

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模拟电路项目四

模拟电路项目四:

比例运算放大电路的装配与调试

学习目标

1．掌握电阻、电容、集成运放LM324等元器件的检测及使用

2．掌握电路的工作原理

工作任务

1．会识读运算放大器电路及工作原理

2．能读懂装配图并且会检测各元器件

3．会焊接各元器件

4．会检测和调试电路

5．会判断简单的电路故障

读一读

（一）集成运算放大器介绍

集成运算放大器（简称集成运放）是一种内部为直接耦合的高电压放大倍数的集成电路,由于在发展初期主要用于数学运算，所以至今仍保留着“运算放大器”的名称，目前的应用实际上已远远超出数学运算的范围。

目前国产集成运放已有多种型号，封装外形主要采用圆壳式和双列直插式两种。

集成运放内部电路是多级直耦放大器，有输入级、中间增益级、输出级和偏置电路组成部分。

输入级能够使该电路获得尽可能高的共模抑制比和良好的输入特性,中间级的主要作用是使集成运放具有较强的放大能力,输出级的输出特性小,非线性失真小,而偏置电路主要为各级集成运放提供稳定的偏置电流,从而确定合适而稳定的静态工作点。

（二）集成运放的两种放大倍数与参数

LM324是含有四个集成运放的集成组件，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

LM324的引脚排列见下图2。

图1图2

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

（三）LM324的应用实例

1．反相交流放大器

 此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。

电路无需调试。

放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置，C1是消振电容。

   放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：

Av=-Rf/Ri。

负号表示输出信号与输入信号相位相反。

按图中所给数值，Av=-10。

此电路输入电阻为Ri。

一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在选定Rf。

Co和Ci为耦合电容。

2．同相交流放大器

同相交流放大器的特点是输入阻抗高。

其中的R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进行偏置。

  电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：

Av=1+Rf/R4，电路输入电阻为R3。

R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆

交流信号三分配放大器

 此电路可将输入交流信号分成三路输出，三路信号可分别用作指示、控制、分析等用途。

而对信号源的影响极小。

因运放Ai输入电阻高，运放A1-A4均把输出端直接接到负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放大状态时Rf=0的情况，故各放大器电压放大倍数均为1，与分立元件组成的射极跟随器作用相同。

   R1、R2组成1/2V+偏置，静态时A1输出端电压为1/2V+，故运放A2-A4输出端亦为1/2V+，通过输入输出电容的隔直作用，取出交流信号，形成三路分配输出。

3．测温电路

感温探头采用一只硅三极管3DG6，把它接成二极管形式。

硅晶体管发射结电压的温度系数约为-2.5mV/℃，即温度每上升1度，发射结电压变会下降2.5mV。

运放A1连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体管BG1压降越小，运放A1同相输入端的电压就越低，输出端的电压也越低。

   这是一个线性放大过程。

在A1输出端接上测量或处理电路，便可对温度进行指示或进行其它自动控制。

4．有源带通滤波器

许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。

这种有源带通滤波器的中心频率

，在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1，品质因数

，3dB带宽B=1/（п*R3*C）也可根据设计确定的Q、fo、Ao值，去求出带通滤波器的各元件参数值。

R1=Q/（2пfoAoC），R2=Q/（（2Q2-Ao）*2пfoC），R3=2Q/（2пfoC）。

上式中，当fo=1KHz时，C取0.01Uf。

此电路亦可用于一般的选频放大。

此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。

5．比较器

当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态）,理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大（实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍）。

此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。

当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。

附图中使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1ˊ组成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2ˊ组成分压电路，为运放A2设定比较电平U2。

输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当Ui>U1时，运放A1输出高电平；当Ui时，运放A2输出高电平。

运放A1、A2只要有一个输出高电平，晶体管BG1就会导通，发光二极管LED就会点亮。

若选择U1>U2，则当输入电压Ui越出[U2，U1]区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。

若选择U2>U1，则当输入电压在[U2，U1]区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器。

   此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。

6．单稳态触发器

此电路可用在一些自动控制系统中。

电阻R1、R2组成分压电路，为运放A1负输入端提供偏置电压U1，作为比较电压基准。

静态时，电容C1充电完毕，运放A1正输入端电压U2等于电源电压V+，故A1输出高电平。

当输入电压Ui变为低电平时，二极管D1导通，电容C1通过D1迅速放电，使U2突然降至地电平，此时因为U1>U2，故运放A1输出低电平。

当输入电压变高时，二极管D1截止，电源电压R3给电容C1充电，当C1上充电电压大于U1时，既U2>U1，A1输出又变为高电平，从而结束了一次单稳触发。

显然，提高U1或增大R2、C1的数值，都会使单稳延时时间增长，反之则缩短。

图1                               图2

如果将二极管D1去掉，则此电路具有加电延时功能。

刚加电时，U1>U2，运放A1输出低电平，随着电容C1不断充电，U2不断升高，当U2>U1时，A1输出才变为高电平。

参考图2。

做一做

一﹑电路原理图

图4-1电路原理图

二、实训条件

（1）元器件清单

序号

名称

型号规格

数量

元件标号

1

电阻

510Ω

1

R1

2

电阻

1KΩ

7

R2R3R5R8

R10R11R12

3

电阻

20KΩ

1

R4

4

电阻

750Ω

1

R6

5

电阻

5.1KΩ

1

R7

6

电阻

510Ω

1

R9

7

电容

220µF/16V

2

C1C2

8

集成电路

LM324

1

IC

其他:

印制电路板,电源导线若干等

（2）工具：

电烙铁、烙铁架、焊锡丝、实验操作台

（3）仪器仪表：

万用表、低频信号发生器、交流毫伏表、示波器

三、技能标准：

工艺规范描述

读图→元器件检测→装配→焊接→调试

步骤1：

读图

根据电路原理图和装配图的对应关系找出各个元器件所在位置.

步骤2：

元器件检测

用万用表仔细检测元器件,将不合格的元器件筛选出来.

步骤3：

装配

对照原理图和印制电路板,解读各元器件在印制板上的位置。

装配时注意：

①元器件不能齐根部处理,以防折断,安装元器件时要注意极性,元器件的标注方向要一致。

②电阻要卧式安装，电容要立式安装。

③注意带有极性的元器件，正负极不要装错。

②集成块安装注意引脚的判别。

步骤4:

整机焊接

要进行认真的检查,有无虚焊和假焊,焊点之间有否连接,以防引起短路,烧坏集成短路.焊接完成后剪去多余引脚,留头在焊面以上0.5-1mm,且不能损坏焊接面.

步骤5:

调试

①检查各元器件安装是否正确，并用万用表测量电源正负极之间的电阻，防止短路。

②调节低频信号发生器输出频率为1KHz、电压为50mv的正弦波，并送给比例运算放大器的输入端。

③将双通道示波器Y轴输入电缆分别与比例运算放大器的输入、输出连接。

④接通电源，使输入、输出电压波形稳定显示（1-3个周期）。

⑤读取相应电压并记入表中。

四、情感要求：

尊敬师长：

爱岗敬业：

安全操作：

文明生产：

协作精神：

工作效益：

五、评价标准：

项目内容

配分

评分标准

扣分

1

装前准备

1、根据图纸核对所用元件的规格、型号和数量

2、对电路板按图作

线路检查和外观检查

10

1、清点元器件有遗漏扣1分

2、不按图进行检查或存在问题没有检查出来扣2分

2

元器件检测

1、用万用表对元器件检测判断好坏

2、将不合格的元器件筛选出来

15

1、不会用万用表对元器件检测的扣3分

2、检查元器件方法不正确，不合格的元器件没有筛选出来扣1分

3

安装元器件

1、元器件成形美观、整齐

2、线路板清洁，装配美观

20

1、元器件插件部规范、位置和方向不正确扣2分2、元器件插错扣1分，插件不规范扣1分

4

焊接

1、焊点光滑，无虚焊和漏焊

2、焊接过程中部损坏元件

30

1、有漏焊、连焊、虚焊等不良焊点扣1分/处

2、焊接后元器件引线裸露长度部符合标准的扣1分

3、焊接时损坏焊盘及铜箔扣2分/处

4、焊接时损坏元器件扣3分/处

5

调试

1、调节低频信号发生器,输出1KHz、50mv的正弦波信号，并给比例运算放大器的输入端。

2、用示波器观察比例运算放大器输入、输出电压波形并记录数据。

25

1、方法不对扣2分/处，不会用仪器扣2分/处操作不熟练扣2分/处

2、不作记录好结果不正确，1个扣2分

3、不进行项目调试扣5分/处

6

工时定额

6课时

每超1课时扣2分

安全文明生产

违反安全文明生产规程扣5-30分

得分

评语

自评:

小组评:

指导老师评:

六、知识标准：

1、掌握电阻、电容、集成运放LM324等元器件的检测及使用。

2、掌握电路的工作原理。

3、掌握元器件的装配方法。

4、掌握电烙铁的结构，原理及使用。

5、掌握万用表的结构及使用方法，并且会检测常用元器件。