项目4电冰箱冷藏室温控器的安装与调试

1、电冰箱冷藏室温控器的安装与调试 4 4目目项项 1.能正确判断反馈类型及电路连接。 2.能利用集成运算放大器正确连接各种线性应用电路。 3.能正确检测元件和调试电路 1. 了解集成运算放大器的基本构成、工作特点；了解 反馈放大电路的基本构成、负反馈放大器对电路性能的 影响。理解虚短、虚断和虚地的概念；理解反馈及深度 负反馈的概念。 熟悉集成运算放大器的线性应用与非线性应用；熟悉负 反馈的极性判断、类型以及4种组态类型。 返回返回 返回返回 返回返回 电冰箱冷藏室温控器电路原理图 2. 实训实训目标标 （1）了解电电冰箱温温控电电路的基本结构结构。 （2）体会会集成运运算放大器非线线性应应用之一

2、的电压电压比较较器控制电电冰箱冷 藏室温温度上限温温度和下限温温度的方法。 （3）掌握继电继电器与与三极极管放大电电路的结结合使用，掌握反馈馈在电电冰箱系 统统中的应应用。 实训设备：模拟数字电路实验装置1台 实训器件：集成运放lm358 1块，集成与非门74ls00 1块 ，三极管9013 1个，二极管2cp31b 2个，10k、1m电阻各2 个，1.1k、3.3k、4.7k、100k、20k、30k各1个，5101 个，0.1f电容2个，中间继电器1个。 3. 实训设备与实训设备与器件 4.实训电实训电路与说与说明 （1）作为冷藏室温度传感器的热敏电阻rt，其阻值随温 度升高而减小，随温度

3、降低而增大。 （2）电路组成：由电阻r1、r2和r3组成电冰箱温度下 限控制电路，由电阻r4、r5组成电冰箱温度上限控制电 路，由集成运放a1、a2和与非门g1、g2组成电压比较及 转换输出电路，由继电器ka和三极管vt组成电冰箱压缩 机运转控制电路。 （3）电路工作原理：因某种原因，冷藏室温度升高，传 感器电阻随之减小，运放a1反相输入端和运放a2同相输 入端电压随之增大。 5.实训电实训电路的安装与调试与调试 （1）安装 按pcb进行电路安装。电路可以连接在自制的pcb(印刷电路板)上，也 可以焊接在万能板上，或通过“面包板”插接 （2）调试 实训时可用4.7k电阻表示为电冰箱上限温度时传

4、感器对应的 电阻，可用100k表示为电冰箱下限温度时传感器对应的电阻。在温 度传感器处可放置一个双掷开关，开关打到一边接4.7k电阻，打到 另一边接100k电阻。然后分别观察电路工作情况。 实训时可用电灯代替压缩机观察工作情况。 6. 完成电电路的详细详细分析及编写项编写项目实训报实训报告 7.实训实训考核 表4.1简单抢答器的制作工作过程考核表 项目内容配分考核要求扣分标准得分 工作 态度 1工作的积极性； 2安全操作规程的遵守 情况； 3纪律遵守情况。 30分积极参加工作，遵守安 全操作规程和劳动纪律， 有良好的职业道德和敬 业精神。 违反安全操作规程扣20分， 不遵守劳动纪律扣10分。

5、电路 安装 1.安装图的绘制 2.按照电路图接好电路 。 40分电路安装正确且符合工 艺规范 电路安装不规范，每处扣 2分，电路接错扣5分， 电路的调 试 1.检测电路元件 2.调试电路 30分1正确检测电路元 件 2正确调试电路， 排除故障 检测方法不正确扣5分 调试方法不正确扣5分 合计 100分 注：各项配分扣完为止 4.1 负反馈放大器负反馈放大器 4.1.1 反馈的概念反馈的概念 基本放大电路基本放大电路 ao dx ox ix + + 反馈网络反馈网络 f fx 将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全 部引回到输入端，与输入

6、信号迭加，就称为反馈。部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。 a af f=x=xo o / x / xi i，a af f称称 为闭环放大倍数为闭环放大倍数 a ao o称为开环称为开环 放大倍数放大倍数 反馈的类型反馈的类型 负反馈：加入反馈后，使净输入信号减小，负反馈：加入反馈后，使净输入信号减小，| | x xi i| | | | | | x xi i | |。 正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法 在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性， 可用可用“+”+”、“-”-”或或“”“”、

7、“”“”表示。按信号传输表示。按信号传输 方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号 的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小， 则为负反馈；反之为正反馈。则为负反馈；反之为正反馈。 反馈的类型反馈的类型 电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例。 电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。 电压反馈与电流反馈的判断：电压反馈与电流反馈的判断： 将输出电压将输出电压短路短路，若反馈信号为零，则为电压反馈；

8、，若反馈信号为零，则为电压反馈； 若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。 反馈的类型反馈的类型 并联反馈：反馈信号在放大器输入端以电流形式出现。并联反馈：反馈信号在放大器输入端以电流形式出现。 串联反馈：反馈信号在放大器输入端以电压形式出现。串联反馈：反馈信号在放大器输入端以电压形式出现。 并联反馈和串联反馈的判断：并联反馈和串联反馈的判断： 对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三 极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一 个加在发射极则为串联反馈。个

9、加在发射极则为串联反馈。 反馈的类型反馈的类型 直流反馈：反馈信号中只有直流成分，即反馈元件只反应直流直流反馈：反馈信号中只有直流成分，即反馈元件只反应直流 量的变化。量的变化。 串联反馈：反馈信号中只有直流成分，即反馈元件只反应直流串联反馈：反馈信号中只有直流成分，即反馈元件只反应直流 量的变化。量的变化。 直流反馈和交流反馈的判断：直流反馈和交流反馈的判断： 分别画出电路的直流通路和交流通路，观察反馈元件出分别画出电路的直流通路和交流通路，观察反馈元件出 现在哪个通路中。若反馈元件出现在直流通路中，则为现在哪个通路中。若反馈元件出现在直流通路中，则为 直流反馈；出现在交流通路中，则为交流反

10、馈；若即出直流反馈；出现在交流通路中，则为交流反馈；若即出 现在直流通路又出现在交流通路中，则为交直流反馈。现在直流通路又出现在交流通路中，则为交直流反馈。 负负 反反 馈馈 交流负反馈交流负反馈 直流负反馈直流负反馈 电压串联负反馈电压串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电流并联负反馈电流并联负反馈 作用：稳定静态工作点作用：稳定静态工作点 电压串联负反馈电压串联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响 基本放大电路基本放大电路 ao dx ox 反馈网络反

11、馈网络 f fx ix + （1 1）对放大倍数的影响）对放大倍数的影响 o o d o fdf o i o f a f x x x xxx x x x a 1 11 fa a o o 1 1+a1+ao off 反馈深度。反馈深度。 若若a ao of f 1 1，称为深度负反馈，称为深度负反馈，a af f1/f。 a a afa a af a af aafaaf a d )1 ( 1d )1 ( d )1 ( dd)1 ( d f f 22 f 负反馈虽然降低了放大倍数，但使放大倍数的稳定性比无负反馈虽然降低了放大倍数，但使放大倍数的稳定性比无 反馈时提高了反馈时提高了(1+(1+afa

12、f) )倍。倍。 即在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数即在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数 的倒数，与有源器件的参数基本无关。的倒数，与有源器件的参数基本无关。 交流负反馈能改善波形的失真交流负反馈能改善波形的失真 ao ui uf ui uo ud 加反馈前加反馈前 加反馈后加反馈后 ao f + 失真失真 改善改善 uouo 对输入、输出电阻的影响对输入、输出电阻的影响 串联反馈使电路的输入电阻增加：串联反馈使电路的输入电阻增加： ioif r )fa1(r 并联反馈使电路的输入电阻减小：并联反馈使电路的输入电阻减小： )fa1( r r o i if 电压反馈

13、使电路的输出电阻减小：电压反馈使电路的输出电阻减小： )fa1( r r o o of 电流反馈使电路的输出电阻增加：电流反馈使电路的输出电阻增加： 0 )1 (rfar oof 对通频带的影响对通频带的影响 引入负反馈使电路的通频带宽度增加：引入负反馈使电路的通频带宽度增加： oof bfab)1 ( ao af 例例1 1：判断：判断r rf f是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。 + c1 rb1 rc1 rb21 rb22 rc2 re2 re1 ce c3 c2 +ec uo ui + t1 t2 rf 此电路是电压串联负反馈。此电路是电压串联负反馈。

14、 例例2 2：判断：判断r rf f是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。 +ucc rc c2 c1 rf ui uo 此电路是交、直流电压并联负反馈。此电路是交、直流电压并联负反馈。 4.2 集成运算放大器 集成运算放大器简称为集成运放，早期主要应用于信号的 运算方面，所以又把它称为运算放大器。其内部实质是一 种性能优良的多级直接耦合放大电路。它是一种通用性较 强的多功能器件。这种电路是通过把一些特定的半导体器 件、电阻器及连接导线集中制造在一块半导体基片上，以 实现某种功能的电子器件。由于其体积小、成本低、工作 可靠性高、易组装调试，其应用已不再局限在信号的

15、运算 方面，几乎在所有的电子技术领域都有应用。 4.2.1集成运运算放大器概概述 1. 集成运放主要技术指标 为了描述集成运放的性能，方便正确地选用和使用集成运放，必须明确它的 主要参数意义。下面介绍常用的集成运放主要参数。 （1）开环差模电压放大倍数aod。它是指集成运放在开环（无反馈电路）的 情况下的差模电压放大倍数。这个值越大越好，理想集成运放的开环差模电 压放大倍数为无穷大。 （2）差模输入电阻rid。差模输入电阻rid是指运放两输入端在输入差模信号 时所呈现的阻抗，其值越大，对上一级放大器或信号源的影响就越小，在理 想情况下其值应为无穷大。 （3）输出电阻rod。运算放大器在开环工作

16、时，在输出端对地看进去的等效 电阻即输出电阻，其大小反映运算放大器带负载的能力，越小带负载能力越 强。在理想情况下其值应为零。 （4）共模抑制比kcmr。共模抑制比为开环差模电压放大倍数与开环共模电 压放大倍数之比。通常其比值越大，运放抑制共模信号的能力越强。在理想 情况下其值应为无穷大。 在分析集成运放时，常常将它看成理想运算放大器，这样可以简化分析过程 ，并且计算产生的误差也很小。 2. 理想集成运运放传输传输特性 （1）在深度负反馈作用下，运放工作在线性区。理想情况下，因为，而uo是一 个有限值，故u+=u，称为虚短，即两个输入之间的电压为零，但不是真正短 路；又因为集成运放的输入阻抗r

17、id，从而i+=i=0，称为虚断，即输入 端相当于断路，但不是真正断开。 （2）在开环或正反馈状态下，工作在非线性区即饱和区。输出电压是一个恒定 的值，可正可负。若u+u，则输出uo=+uomax；若u+u，则输出uo=uoma x。 在非线性区内，运放的差模输入电压u+u可能较大，即u+u，此时“虚短”现象 不复存在。 在非线性区，虽然运放两个输入端的电位不等，但因为理想运放的rid，故 仍可认为理想运放的输入电流等于零，即i+=i=0。此时，“虚断”仍然成立。 图4.14 集成运放的传输特性 4.2.2集成运运算放大器的线线性应应用 集成运算放大器和外接电阻、电容构成比例运算、加法和 减法

18、运算、微分和积分运算等基本运算电路，这些运算电 路都存在负反馈电路，因此都工作在线性区。在分析这些 电路时，可利用运放在线性区的“虚短”和“虚断”的特点进 行分析，推导出相应的运算公式。 集成运放应用集成运放应用 1 1、反相比例运算放大器、反相比例运算放大器 _ + + rf r1 rp ui uo i1 if ii- ii+ 虚地虚地 i i1 1= i= if f+ + i ii- i-= i = if f i ii+ i+ = i = ii- i- = 0 = 0，虚断，虚断 u u = = u u+ += 0= 0，虚短（虚地），虚短（虚地） 21 2 1 , r u r uo i

19、f oi i r u i r u i 电压放大倍数电压放大倍数: : 1 r r a f i o u u u 2 2、同相比例运算放大器、同相比例运算放大器 _ + + rf r1 rp ui uo if i1 r uu r u r uu i r u i f ioi f io f i 1 1 1 , i f ou r r u)1( 1 i ii+ i+ = i = ii- i- = 0 = 0，虚断，虚断 u u = = u u+ += u= ui i， 虚短虚短 i i1 1= i= if f+ + i ii- i-= i = if f 电压放大倍数电压放大倍数: : 1 1 r r a f

20、 i o u u u uo ui _ + + 3 3、电压跟随器、电压跟随器 在同相比例放大器中，若在同相比例放大器中，若r rf f=0=0或或 者者r r1 1= =时，时，a au u=1=1，即，即u uo o=u=ui i，输，输 出电压与输入电压大小相等，方出电压与输入电压大小相等，方 向相同，称为电压跟随器。在电向相同，称为电压跟随器。在电 路中作用与分立元件的射极输出路中作用与分立元件的射极输出 器相同，此电路引入电压并联负器相同，此电路引入电压并联负 反馈，输入电阻大，输出电阻小，反馈，输入电阻大，输出电阻小， 电压跟随性能好。电压跟随性能好。 4 4、差动放大器、差动放大器

21、 _ + + r2 r1 r1 ui2 uo r2 ui1 i1 i2 ii- ii+ iiii r uu i r uu i u rr r uu ii oi i 21 2 2 1 1 1 21 2 2 ,0 , 代入后整理得代入后整理得: : 也称为减法运算。也称为减法运算。 )( 12 1 2 uu r r u iio 5 5、反相加法运算：、反相加法运算： _ + + rf r1 r2 ui2uo rp ui1 i1 i2 if )(: 2 2 1 1 2 2 1 1 21 r u r u u r u r u r u iii ii o f oii f 则 即： )( 2121uu r r

22、urrr ii f o ，则若 6 6、同相加法运算：、同相加法运算： uo r1rf u i1 ui2 + +r2 r3 - u+ )(1( 2 32 2 1 32 3 1 u rr r u rr r r r uau ii f uo )(1( 2 21 1 1 , uu r r urr ii f o 若 7 7、微分运算：、微分运算： dt du cru dt du r u ii dt du i u i uu i o io f io f c c r 即： 1 1 , 0 i i1 1 i if f uiui + + + + uouo r r r2r2 c c 8、积分运算、积分运算 dtuu

23、 dt du r u ii dt du iuu dt du i r u i uu io oi f o foc c f i rc c c c 1 , , 0 1 1 即 uo if ui - + + r rp c uc ifif i1 uc if 4.2.3集成运运放的非线线性应应用电压电压比较较器 当运算放大器工作于开环状态，由于开环电压放大倍数很高，即使输入端有 一个非常微小的差值信号，也会使集成运放达到饱和，所以运算放大器工作 在非线性区。电压比较器是最常见的由工作在非线性区的集成运算放大器组 成。 电压比较器是将输入电压与基准电压进行大小比较，并将比较结果以高电平 或低电平的形式输出。这样，比较器的输入是连续变化的模拟信号，而输出 是数字电压波形。电压比较器经常应用在波形变换、信号发生、模/数转换等 电路中。 1. 基本电压电压比较较器 图4.23所示为基本电压比较器的电路和电压传输特性。 图4.23 电压比较器电路及其电压传输特性 由理想集成运放的非线性区的特点可知： 当输入电压uiuref时，uo=uomax；当输入电压uiuref时，uo =uo