电子技术与项目训练设计与制作简易信号发生器PPT课件

1、课程名称：电子技术与项目训练课程名称：电子技术与项目训练项目项目3: 设计与制作简易信号发生器设计与制作简易信号发生器操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 n了解正弦波振荡电路的组成和振荡条件了解正弦波振荡电路的组成和振荡条件n能正确测量典型正弦波振荡电路的参数能正确测量典型正弦波振荡电路的参数n会分析典型正弦波振荡电路的电路结构、工会分析典型正弦波振荡电路的电路结构、工作原理、特点、适用场合及振荡频率的估算作原理、特点、适用场合及振荡频率的估算n了解集成运算放大器的主要参数、性能特点了解集成运算放大器的主要参数、性能特点及其使用方法

2、及其使用方法n能正确测试集成运算放大器的各种应用电路能正确测试集成运算放大器的各种应用电路的基本特性的基本特性操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 n会分析集成运算放大器的各种应用电路的功能、会分析集成运算放大器的各种应用电路的功能、电路构成、工作原理和电路中各元器件的作用，电路构成、工作原理和电路中各元器件的作用，并能对集成运算放大器的基本应用电路进行计并能对集成运算放大器的基本应用电路进行计算算n能正确测量非正弦波振荡电路的参数能正确测量非正弦波振荡电路的参数n会分析非正弦波振荡电路的电路结构、工作原会分析非正弦波振荡电路的电路结

3、构、工作原理、特点、适用场合及振荡频率的估算理、特点、适用场合及振荡频率的估算n能对电路的故障现象进行分析判断并加以解决能对电路的故障现象进行分析判断并加以解决n能利用集成电路设计和制作信号发生器，并能能利用集成电路设计和制作信号发生器，并能通过调试得到正确结果通过调试得到正确结果操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 ？信号发生器可以产生哪三种信号?内部构成如何？函数信号函数信号发生器发生器示波器示波器同学们：在电子小产品的试制和检修过程

4、中，知道最常用的电子仪表是哪三大件吗?操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 n信号发生器在测量中应用非常广泛，能够产生信号发生器在测量中应用非常广泛，能够产生三角波、方波、正弦波的信号发生器，是电路三角波、方波、正弦波的信号发生器，是电路实验和电子测量中提供一定技术要求的电信号实验和电子测量中提供一定技术要求的电信号仪器，也可用于检修电子仪器及家用电器的低仪器，也可用于检修电子仪器及家用电器的低频放大电路。频放大电路。n产生产生正弦波正弦

5、波、方波方波、三角波三角波的方案有多种，如的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波或方波，再将三角波变也可以首先产生三角波或方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等成正弦波或将方波变成正弦波等等。 操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 任务目标任务目标n能正确测试典型正弦波振荡电路能正确测试典型正弦波振荡电路的参数的参数n会分析典型正弦波振荡电路的电会分析典型正弦波振荡

6、电路的电路结构、工作原理、特点、适用路结构、工作原理、特点、适用场合及振荡频率的估算场合及振荡频率的估算任务任务1 正弦波振荡电路的测试与分析正弦波振荡电路的测试与分析操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 能力目标能力目标n会分析会分析rcrc桥式振荡器和进行参数桥式振荡器和进行参数测量测量n会分析会分析lclc振荡器和进行参数测量振荡器和进行参数测量操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 知识目标知识目标n理解振荡电路结构组成及起振条件理解振荡电路结构组成及起振条件n理解理解

7、rc桥式振荡电路、桥式振荡电路、lc振荡电振荡电路的结构、功能及各元器件的作用路的结构、功能及各元器件的作用n掌握正弦波振荡电路振荡频率的估掌握正弦波振荡电路振荡频率的估算方法算方法操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 1. 产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件fidxxx-=改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。（一）（一） 正弦波振荡电路的基础知识正弦波振荡电路的基础知识+xi f基本放大器基本放大器a反馈网络反馈网络fx+doxx操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小

8、归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 如果：如果：,ifxx=则去掉则去掉,ix仍有信号输出。仍有信号输出。反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。xi +f基本放大器基本放大器a反馈网络反馈网络fx+doxxxdof基本放大器基本放大器a反馈网络反馈网络fxx操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 fa=1xd=xf所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：自激振荡的条件：（1）振幅条件：）振幅条件：1|=af（2）相位条件：）相位条件：pjjnfa2=+n是整数是整

9、数1.=faaaaj=|因为：因为：fffj=|.xdof基本放大器基本放大器a反馈网络反馈网络fxx操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 2.2.起振条件和稳幅原理起振条件和稳幅原理起振条件：起振条件：结果：产生增幅振荡结果：产生增幅振荡1|fa（略大于）（略大于）1 1）被动：器件非线性）被动：器件非线性2 2）主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用）主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以以调节调节放大电路的放大电路的增益增益稳幅过程：稳幅过程：起振时，起振时，1|fa稳定振荡时，稳定振荡时，1|=fa稳幅措施：稳幅措施：起

10、振过程起振过程xdof基本放大器基本放大器a反馈网络反馈网络fxx操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 1 1）放大电路放大电路2 2）正反馈网络正反馈网络3 3）选频网络选频网络只对一个频率满足振荡条件，从只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。而获得单一频率的正弦波输出。 常用的选频网络有常用的选频网络有rc选频选频和和lc选频选频4 4）稳幅环节稳幅环节使电路易于起振又能稳定振荡，使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。波形失真小。3.3.正弦波振荡器的一般组成正弦波振荡器的一般组成布置课堂操作任务布置课堂操作任

11、务p本次课堂训练操作将记录成绩本次课堂训练操作将记录成绩操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 第一步第一步 按图完成连线，选按图完成连线，选c1=c2=0.1 f，r1=r2=10k 第二步第二步 第三步第三步 在输入端加上在输入端加上f=100hz，u1=5v的正弦波信号，用示波器的正弦波信号，用示波器的双踪功能观察输入、输出波形的相位关系；的双踪功能观察输入、输出波形的相位关系；用毫伏表测量输出电压，逐渐增大输入信号频率，观察用毫伏表测量输出电压，逐渐增大输入信号频率，观察相位变化和输出电压变化，记录波形和数据。相位变化和输出电压

12、变化，记录波形和数据。+ru+-1-u2+12rc12c操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 课堂交流课堂交流n当输入信号的频率逐渐增大，输出电压当输入信号的频率逐渐增大，输出电压的变化规律如何？的变化规律如何？n当频率增大到多少时，输出电压有最大当频率增大到多少时，输出电压有最大值？此时输出电压和输入电压的比值？值？此时输出电压和输入电压的比值？相位关系怎样？相位关系怎样？nrc串并联网络是否具有选频特性？串并联网络是否具有选频特性？操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 （

13、二）（二）rc 串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性r1c1 串联阻抗：串联阻抗：212ofzzzuuf+=)j/1 (111crz+=222222j1 )j/1/(crrcrz+=r2c2 并联阻抗：并联阻抗：选频特性：选频特性：+ru+-o-fu+12rc12c操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 )1j()1(1j1j1j11221211222211222crcrrrcccrrcrcrrf - -+ + + += =+ + + + += = 通常，取通常，取r1r2r，c1c2c，则有：，则有：)j(3100 - -+ +=

14、 = f式中：式中：rc10= = 可见：当可见：当 时，时， f最大，且最大，且 =0rc10=fj fmax=1/3操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 rc串并联网络完整的频率特性曲线：串并联网络完整的频率特性曲线：rc10= = 当当 时，时， f= fmax=1/30f=jrc10=rcfp p210= = fo +90o |f|1/3操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 课堂交流课堂交流n电路中接入的电路中接入的rc串并联网络属于正串并联网络属于正反馈还是负反馈？

15、反馈还是负反馈？nrp和和r6支路在电路中起什么作用？支路在电路中起什么作用？nrc振荡电路的振荡频率取决于哪些振荡电路的振荡频率取决于哪些元件？元件？操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 （三）（三）rc正弦波振荡器的工作原理正弦波振荡器的工作原理0=aj在在 f0 处处,0=fj满足相位条件：满足相位条件：因为：因为：af=131=f11f+=rra1f2rr =只需：只需：a=3输出正弦波频率输出正弦波频率：rcfp210=0=+fajj振幅条件：振幅条件：urf1rrrccufa+o引入负反馈：引入负反馈：选：选：操作任操作任

16、务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 课堂交流课堂交流n正反馈网络是由哪些元件组成？具有正反馈网络是由哪些元件组成？具有什么特性？什么特性？nr r1 1、r rf f组成什么反馈？组成什么反馈？r r1 1、r rf f和集成和集成运放构成什么电路？该电路的运放构成什么电路？该电路的a au u为多为多少？其中调节哪个元件就可用来调节少？其中调节哪个元件就可用来调节a au u ？操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 能自动稳幅的振荡电路能自动稳幅的振荡电路 起振时起振时d1、d2不不

17、导通，导通，rf1+rf2略大略大于于2r1。随着。随着uo的的增加，增加， d1、d2逐逐渐导通，渐导通，rf2被短被短接，接，a自动下降，自动下降，起到稳幅作用。起到稳幅作用。 将将rf分为分为rf1 和和rf2 ， rf2并联二极管并联二极管u12arco1rr+c.+d1d2rf1f2r操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 例题例题: :r=1k=1k ，c=0.1=0.1 f f，r1 1=10k=10k 。rf f为多大时为多大时才能起振？振荡频率才能起振？振荡频率f0 0= =？ af=131=f11f+=rraa=3r

18、f=2r1=2 10=20k k rcfp210=1592 hz起振条件：起振条件：urf1rrrccufa+orc桥式振荡器桥式振荡器操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 课堂交流课堂交流n该测试电路中，正反馈网络由哪些该测试电路中，正反馈网络由哪些元件组成？反馈信号取自哪个元件？元件组成？反馈信号取自哪个元件？选频网络由哪些元件组成？选频网络由哪些元件组成？nrl减小时，输出信号出现什么现象？减小时，输出信号出现什么现象？说明说明lc振荡电路带负载能力如何？振荡电路带负载能力如何？可在其输出端加什么电路解决该矛可在其输出端加什么电

19、路解决该矛盾？盾？操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 1. lc并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性rclz =0r为电感和回路中的损耗电阻为电感和回路中的损耗电阻（四）（四）lclc正弦波振荡器正弦波振荡器lc10=当当 时，时， 并联谐振。并联谐振。谐振时，电路呈阻性：谐振时，电路呈阻性：-+lcriciliuo |z|q小小q大大 q q为品质因数，为品质因数，q q越大，选越大，选频性越好。频性越好。谐振时谐振时lc并联谐振电路并联谐振电路相当一相当一个大电阻。个大电阻。操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识

20、识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 由由lc并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络2. 2. 三点式三点式lc振荡电路振荡电路原理：原理：uf与与uo反相反相uucll12fouuo1lc2lfuf与与uo同相同相电感三点式电感三点式连接方式：连接方式：电容三点式电容三点式连接方式：连接方式：uuf2o1ccluf与与uo反相反相uulcoc12fuf与与uo同相同相操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 1）电感三点式）电感三点式lc振荡电路振荡电路振荡频率：振荡频率：cmlllcf)2(2121210+ +

21、 += = =p pp pvrcccbcrb1rb2ele2crc1l（ +）（ +）（ -）vcbrlb2b1ccl1er2cecr（ +）（ +）（ +）操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 主要优缺点主要优缺点 优点：易起振、输出电压幅度大，调节频率方优点：易起振、输出电压幅度大，调节频率方便（在较宽的频段内）。便（在较宽的频段内）。 缺点：电感作为输出、反馈元件，缺点：电感作为输出、反馈元件，输出波形不输出波形不理想理想、振荡频率不高。、振荡频率不高。操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操

22、作作问题提问题提出出 2） 电容三点式电容三点式lc振荡电路振荡电路振荡频率：振荡频率：212102121ccccllcf+ + = = =p pp pv2errrb1cccceb2c1rbccl（ +）（ +）（ -）vrrreb21eccc2clbb1cc（ +）（ +）（ +）操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 主要优缺点主要优缺点 优点：电容作为输出、反馈元件，它优点：电容作为输出、反馈元件，它对谐波呈现的阻抗小，因此输出波形对谐波呈现的阻抗小，因此输出波形好，振荡频率高。好，振荡频率高。 缺点：改变频率不方便，缺点：改变频

23、率不方便， c co o、c ci i影响影响频率稳定度。频率稳定度。操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 3 3）串联改进型电容反馈式）串联改进型电容反馈式lc振荡电路振荡电路 又称克拉泼振荡电路又称克拉泼振荡电路recec3：用来决定振荡频率rc uccrb1rb2cb2c2c1l31c3=lcffop21其中其中c c为回路总电容为回路总电容 3211111cccc+=当当cc1, c3c2时时, cc3操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 （+）（+）（）（+） lc

24、正弦波振荡器判断举例正弦波振荡器判断举例振荡频率振荡频率:（）lcfp210满足相位平衡条件满足相位平衡条件变压器反馈式变压器反馈式lc振荡器振荡器vrreb1cclccec2rcc1rb2操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 例例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。位平衡条件。v21ccl+a+rruo1rf（ +）（ +）（ -）操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 q值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特

25、性越好，频率越稳定。( (五五) ) 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路1. 1. 频率稳定问题频率稳定问题频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量0ff 频率偏移量。频率偏移量。f 0f振荡频率。振荡频率。lc振荡电路振荡电路 q 数百数百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 q 10000 500000操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 2.2.石英晶体石英晶体2）基本特性）基本特性1）结构：）结构：极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应：压电效应： 交变电压

26、交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。交变电压频率交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大固有频率时，振幅最大 vv晶片晶片敷银层敷银层符号符号vv压电谐振压电谐振操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 3. 石英晶体的等效电路与频率特性石英晶体的等效电路与频率特性等效电路：等效电路：lcfp p21s= =（1）串联谐振）串联谐振频率特性：频率特性： 晶体等效纯阻且阻值晶体等效纯阻且阻值00p121cclcf+ += =p p（2）并联谐振）并联谐

27、振通常通常0cc 0s1ccf+ += =所以所以很很接接近近与与 psffuu石英晶体uulccorfx感性感性0fsfp容性容性操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 4.4.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路利用石英晶体的高品质因数的特点，构成利用石英晶体的高品质因数的特点，构成lclc振荡电路。振荡电路。1） 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在石英晶体工作在f fs s与与f fp p之间，相当一个大电感，之间，相当一个大电感，与与c c1 1、c c2 2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的组成电容三点式振

28、荡器。由于石英晶体的q q值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很值很高，可达到几千以上，所以电路可以获得很高的振荡频率稳定性。高的振荡频率稳定性。+a+cc12cs石英晶体fx感性感性0fsfp容容性性+a+cc12lcs操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 rec2 晶体：在电路 中起电感作用， 工作频率在 fs 和 fp之间rc uccrb1rb2cbc1v 并联型石英晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路 操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 2）串联型石英晶体振荡器）

29、串联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在石英晶体工作在fs s处，处，呈电阻性，而且阻抗最小，正呈电阻性，而且阻抗最小，正反馈最强，相移为零反馈最强，相移为零, ,满足振荡的相位平衡条件。满足振荡的相位平衡条件。 对于对于f fs s以外的频率，石英晶体阻抗增大以外的频率，石英晶体阻抗增大, ,且相移不为零，且相移不为零，不满足振荡条件，电路不振荡。不满足振荡条件，电路不振荡。 u+vrrrrebbe122c(+)(+)石英晶体.occ1(+)rrb1c(+)fx感性感性0fsfp容容性性操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 例：例：分析

30、下图的振荡电路能否产生振荡，若产分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡生振荡, ,石英晶体处于何种状态？石英晶体处于何种状态？vbecrccreb1rb2ccrcc石英晶体12操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 上页上页下页下页第一第一 正弦波振荡的起振条件、平衡条件是什么？正弦波振荡的起振条件、平衡条件是什么？正弦波振荡电路由哪几部分构成？正弦波振荡电路由哪几部分构成？ 正弦波振荡的平衡条件：正弦波振荡的平衡条件： af=1 （振幅条件）（振幅条件） （相位条件）（相位条件）pjjn2fa=+正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、

31、选频网络和稳幅环节构成。正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 第二第二正弦波振荡电路有哪两大类？振荡频率有何不同？正弦波振荡电路有哪两大类？振荡频率有何不同？正弦波振荡电路主要有正弦波振荡电路主要有rc振荡电路和振荡电路和lc振荡振荡电路两种。电路两种。rc振荡电路主要用于中低频场合，振荡电路主要用于中低频场合，lc振荡电路主要用于高频场合。石英晶体振荡振荡电路主要用于高频场合。石英晶体振荡电路是一种特殊的电路是一种特殊的lc振荡电路，其特点是具有振荡电路，其特点是具有很高的频

32、率稳定性。很高的频率稳定性。操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 第三第三振荡电路的分析判断及振荡频率的估算振荡电路的分析判断及振荡频率的估算 在分析是否构成放大器的基础上分析相在分析是否构成放大器的基础上分析相位平衡条件是否满足。位平衡条件是否满足。操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 说明说明n集成运放最早应用于信号的运算，所以它又被集成运放最早应用于信号的运算，所以它又被称为运算放大器。随着集成运放技术的发展，称为运算放大器。随着集成运放技术的发展，目前集成运放的应用几

33、乎渗透到电子技术的各目前集成运放的应用几乎渗透到电子技术的各个领域，它成为组成电子系统的基本功能单元。个领域，它成为组成电子系统的基本功能单元。n集成运放加上一定形式的外接电路便可构成各集成运放加上一定形式的外接电路便可构成各种功能的线性及非线性应用电路，如对信号进种功能的线性及非线性应用电路，如对信号进行加、减、微分、积分运算电路，有源滤波电行加、减、微分、积分运算电路，有源滤波电路，波形产生、放大和变换电路等等。路，波形产生、放大和变换电路等等。 操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 能力目标能力目标n会查阅电子元器件手册并正确选

34、用集成运算放会查阅电子元器件手册并正确选用集成运算放大器大器 ； n能正确测试集成运放线性应用电路的特性能正确测试集成运放线性应用电路的特性 ；n会分析集成运放的各种线性应用电路的功能、会分析集成运放的各种线性应用电路的功能、结构及元器件的作用结构及元器件的作用 n会用基本运算放大器构成简单实用电路会用基本运算放大器构成简单实用电路 操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 知识目标知识目标n了解了解集成运算放大器的组成、性能特点及主集成运算放大器的组成、性能特点及主要参数要参数 ； n掌握掌握集成运算放大器的电压传输特性，集成运算放大器

35、的电压传输特性，“虚虚短短”和和“虚断虚断”的概念的概念 ； n集成运算放大器的线性应用电路的功能、电集成运算放大器的线性应用电路的功能、电路构成、工作原理和电路中各元器件的作用路构成、工作原理和电路中各元器件的作用 。 操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 （一）（一）什么是集成运算放大器？什么是集成运算放大器？集成运算放大器集成运算放大器高增益的高增益的的集成的的集成的多级放大器多级放大器。集成电路的工艺特点：集成电路的工艺特点：（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现

36、有利于实现需要对称结构的电路需要对称结构的电路。（2）集成电路的）集成电路的芯片面积小芯片面积小，集成度高集成度高，所以，所以功耗很功耗很小小，在毫瓦以下。，在毫瓦以下。（3）不易制造大电阻不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源。需要大电阻时，往往使用有源负载。负载。（4）只能制作几十只能制作几十pf以下的小电容以下的小电容。因此，集成放大。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。（5）不能制造电感不能制造电感，如需电感，也只能外接。，如需电感，也只能外接。操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学

37、生操作作问题提问题提出出 1.1.直耦耦合放大电路存在的问题直耦耦合放大电路存在的问题零点漂移零点漂移零漂现象零漂现象：1）产生零漂的原因）产生零漂的原因：2）零漂的衡量方法：）零漂的衡量方法：由温度变化引起的由温度变化引起的。当温当温度变化使第一级放大器的度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫移。因而零点漂移也叫温温漂漂。u ui i=0=0时，输出有缓慢变化的电压产生。时，输出有缓慢变化的电压产生。将输出漂移电压

38、按电压增将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。益折算到输入端计算。+-re1b1rc1rt1ouuitv2ccre2veeuo0t操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 例如例如 100,=u1a 假设假设若输出有若输出有1v1v漂移电压，则等漂移电压，则等效输入有效输入有100 uv100 uv的漂移电压的漂移电压第一级是关键第一级是关键100=u2a3 3）减小零漂的措施减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿采用差动放大电路作为输入级采用差动放大电路作为输入级等效等效 100 uv漂移漂移 1 v+-re

39、1b1rc1rt1ouuitv2ccre2vee10000=ua操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 rcrcrb uccuoui1v2v1rb ueereui23 k3 krp 12 v rp:调零电位器， 保证输入电压为 零时，输出电压 也为零2.2 k2.2 k2.2 k220 辅助电源:与re配合， 解决re大阻值与提供 合适的q点的矛盾 re:射极公共电阻， 可以稳定q点及抑 制零漂典型差动放大电路典型差动放大电路操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 2.2.差分放

40、大电路差分放大电路放大两个输入信号之差放大两个输入信号之差特点特点: :对称性结构对称性结构+_+_+vccuuci1i2tt12rcrbrbroureeevuo= uc1 - uc2 = 0当当ui1 = ui2 = 0 时，时，当温度变化时：当温度变化时：uc1 = uc2设设t ic1 ,ic2 uc1 , uc2 uo= uc1 - uc2 = 0能有效地克服零点漂移！能有效地克服零点漂移！操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 +_+_+vccuuci1i2tt12rcrbrbroureeev 差模输入与差模特性差模输入与差模

41、特性差模输入差模输入ui1 = ui2差模输入电压差模输入电压uid = ui1 ui2= 2ui1 使得：使得：ic1 = ic2uo1 = uo2差模输出电压差模输出电压uod = uc1 uc2= uo1 ( uo2)= 2uo1idodduuau= =becd1rrau - -= = =差模电压放大倍数差模电压放大倍数带带rl时时beldrrau - -= =l21cl/rrr= =rid = 2rbe差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻rod = 2rc大小相同大小相同 极性相反极性相反i1o122uu=操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生

42、操学生操作作问题提问题提出出 +_+_+vccuuci1i2tt12rcrbrbroureeev 共模输入与共模特性共模输入与共模特性共模输入共模输入ui1 = ui2共模输出电压共模输出电压uic = ui1 = ui2使得使得:ie1 = ie2ue = 2ie1re共模输入电压共模输入电压uoc = uc1 uc2= 00icocc = =uuau大小相同大小相同,极性相同极性相同 共模抑制比共模抑制比衡量差动放大电路对差模信衡量差动放大电路对差模信号的放大和对共模信号的抑制能力号的放大和对共模信号的抑制能力cdcmruuaak= =操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小

43、归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 3. 3. 集成运放的组成及其符号集成运放的组成及其符号 集成运放内部实际上是一个高增益的直接耦合放大器集成运放内部实际上是一个高增益的直接耦合放大器uuu电压放大级输出级偏置电路uo+差动输入级uu-输入级输入级：要求零漂小：要求零漂小, , 输入电阻大，一般用差动放大器。输入电阻大，一般用差动放大器。中间级中间级：要求高电压增益，有时还完成从双端到单端输：要求高电压增益，有时还完成从双端到单端输出的转换，同时还向输出级提供较大推动电流出的转换，同时还向输出级提供较大推动电流。 输出级输出级：要求输出电阻低，带负载能力强。：要求输出电阻低，带负载能

44、力强。偏置电路偏置电路：为各级提供稳定偏置，常用恒流源组成。：为各级提供稳定偏置，常用恒流源组成。操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 1 1） 简单的集成运放简单的集成运放+t1rc1sirc2c3r2t4t5t3tvcc+eev-u-u+ou反反 相相 输输 入入 端端同同 相相 输输 入入 端端输输入入级级中中间间级级输输出出级级 原理电路：原理电路：操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 2）典型运放电路内部结构示意图）典型运放电路内部结构示意图操作任操作任务务教师分教

45、师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 u-u+ uo3）集成运算放大器符号）集成运算放大器符号国际符号：国际符号：国内符号：国内符号：集成运放的特点：集成运放的特点：电压增益高电压增益高输入电阻大输入电阻大输出电阻小输出电阻小同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端输出端输出端vvvo+a+-uuu操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 1） 输入失调电压输入失调电压uio 使使uo=0，输入端施加的补偿电压，输入端施加的补偿电压，2mv20mv之间之间4.4.集成运算放大器的主要参数（集成运算放大器

46、的主要参数（p167p167） 2）输入失调电流输入失调电流 iio ： uo = 0 时时, b1b2ioiii-=约为约为1na 0.1 a 3）输入偏置电流输入偏置电流iib ： uo = 0 时时, 2b1bib21iii+ += =约为约为10na 1 a 4）开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 aod ： 无反馈时的差模电压增益。一般无反馈时的差模电压增益。一般aod在在100120db左右，高增益运放可达左右，高增益运放可达140db以上。以上。 操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 5）差模输入电阻差模输入电阻r

47、 id6）输出电阻）输出电阻 ro几十千欧几十千欧 几兆欧几兆欧)db(lg20ucudcmraak= =7）共模抑制比共模抑制比 kcmr80db几十欧几十欧 几百欧几百欧8）最大差模输入电压最大差模输入电压 uidm当当 uid过大时，反偏的过大时，反偏的pn结可能因反压过大而被击穿结可能因反压过大而被击穿npn管管 uidm = 5v 横向横向pnp管管 uidm = 30vcf741为为 30v操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 共模输入共模输入u ic 过大，过大，k cmr下降下降9）最大共模输入电压最大共模输入电压 u

48、icm10）最大输出电压幅度最大输出电压幅度 uopp输出级为输出级为ocl电路电路一般比电源电压小一个一般比电源电压小一个 uce（ sat） 如电源电压如电源电压 15v， u opp 为为 13 14vcf741为为 13v布置课堂操作任务布置课堂操作任务p本次课堂训练操作将记录成绩本次课堂训练操作将记录成绩操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 课堂交流课堂交流n如何根据测量数据判断集成运算放如何根据测量数据判断集成运算放大器的好坏？大器的好坏？n集成运算放大器对共模信号起到什集成运算放大器对共模信号起到什么作用？么作用？n集成

49、运算放大器对差模信号起到什集成运算放大器对差模信号起到什么作用？么作用？操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 集成运放的封装及引脚排列集成运放的封装及引脚排列封装形式封装形式:金属圆形、双列直插式、扁平式金属圆形、双列直插式、扁平式封装材料封装材料:陶瓷、金属、塑料陶瓷、金属、塑料塑封双列直插式（塑封双列直插式（dip）cf741dipdual in-line pakage管键8金属封片标记凹格标记14174操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 集成运放使用注意事项集成运放使

50、用注意事项1. 查阅手册了解引脚的排列及功能；查阅手册了解引脚的排列及功能；2. 检查接线有错否或虚接，输出端不能与地、电源短路；检查接线有错否或虚接，输出端不能与地、电源短路；3. 输入信号应远小于输入信号应远小于 uidm 和和 uicm，以防阻塞或损坏器件；，以防阻塞或损坏器件；4. 电源不能接反或过高，拔器件时必须断电电源不能接反或过高，拔器件时必须断电;5. 输入端外接电阻要相等，小信号高精度直流放大需调零。输入端外接电阻要相等，小信号高精度直流放大需调零。操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 （二）集成运放的电压传输特性（

51、二）集成运放的电压传输特性u ui i1mv1mv时，时，运放处于线性区。运放处于线性区。0uoui+10v-10v+uom-uom-1mv+1mv线性区线性区非线性区非线性区非线性区非线性区设：电源电压设：电源电压v vcccc= =10v10v。运放的。运放的a aodod=10=104 4vvuua+io+a aodod越大，线性区越小，越大，线性区越小，当当a aodod 时，线性区时，线性区00)(uuauodo-=+10v-10v+uom-uom0uoui操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 2.2. 理想运放工作于线性状

52、态的重要特点理想运放工作于线性状态的重要特点)(uuauodo-=（1 1）同相与反相输入端电压相同，即同相与反相输入端电压相同，即uu，称称“虚短虚短”。原因：原因： a aodod=，而，而uo o为有限值为有限值（2 2）流进两输入端电流为流进两输入端电流为0 0，即，即ii0 0，称称“虚断虚断”。原因：原因： ridid=操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：理想运放工作在线性区的条件：理想运放工作在线性区的条件： 电路中有负反馈！电路中

53、有负反馈！运放工作在线性区的分析方法：运放工作在线性区的分析方法：虚短（虚短（u+ += =u- -）虚断（虚断（ii+i+= =ii-i-=0=0）uu+a+riiruu+ffoi11操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 3.3. 理想运放工作于非线性状态的重要特点理想运放工作于非线性状态的重要特点)(uuauodo-=点值跳变，称为临界转换时当负向饱和时当正向饱和时当ooouuuuuuuuuuu,omom（1 1）（2 2）ridid=，因此因此ii0 0（虚断）（虚断），即流进理想运放两输入端的电流仍为即流进理想运放两输入端的电

54、流仍为0 0。运放工作在非线性区的条件：运放工作在非线性区的条件：电路开环工作或引入正反馈！电路开环工作或引入正反馈！vvuua+io+10v-10v+uom-uom0uoui操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 课堂交流课堂交流n该电路引入了什么类型的反馈？加入该电路引入了什么类型的反馈？加入该反馈后，电压传输特性曲线的线性该反馈后，电压传输特性曲线的线性区变宽还是变窄？区变宽还是变窄？n反相比例运算电路输出电压和输入电反相比例运算电路输出电压和输入电压相位关系如何？比例系数压相位关系如何？比例系数（即电路（即电路的电压放大倍数的电

55、压放大倍数au）与）与rf / r1值值 有什有什么关系么关系？操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 （三）（三） 比例运算电路比例运算电路1. 反相比例运算反相比例运算虚地点虚地点i1=if （虚断）（虚断）因为有负反馈，因为有负反馈，利用利用虚短虚短和和虚断虚断u+ =0 u=u+=0（虚地）虚地）反馈方式：反馈方式：电压并联负反馈电压并联负反馈uu+a+riiruu+ffoi11电压放大倍数电压放大倍数: :1fiorruua-=fo1iruru- -= =操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学

56、生操作作问题提问题提出出 例例1 r1=10k , rf=20k , , ui =-1v=-1v。求。求: :uo 、ri。说明说明r0的作用，的作用， r0应为多大？应为多大？特点：特点：共模输入电压共模输入电压=0（u=u+=0）缺点：缺点：输入电阻小输入电阻小（ ri=r1） r0为平衡电阻为平衡电阻( (使输使输入端对地的静态电阻入端对地的静态电阻相等相等):):r0=r1/rfuu+a+riiruu+ffoi110r210201fu-=-=-=rrav2) 1)(2(iuo=-=uau1irr =操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问

57、题提出出 2.同相比例运算电路同相比例运算电路u-= u+= uii1=if （虚断）（虚断）平衡电阻平衡电阻r=rf/r1foi1i0ruuru-=-因为有负反馈，因为有负反馈，利用利用虚短虚短和和虚断虚断反馈方式：反馈方式：电压串联负反馈电压串联负反馈uu+a+ouu+firf1ir1ri特点：特点：输入电阻高输入电阻高缺点：缺点：共模输入电压共模输入电压0（u=u+=ui）电压放大倍数电压放大倍数: :1fio1rruua+=操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 au=13.电压跟随器电压跟随器此电路是同相此电路是同相比例运算的

58、特殊比例运算的特殊情况，输入电阻情况，输入电阻大，输出电阻小。大，输出电阻小。在电路中作用与在电路中作用与分立元件的射极分立元件的射极输出器相同，但输出器相同，但是电压跟随性能是电压跟随性能好。好。uuo+ua+uiui=u+= u-= uo因为有负反馈，因为有负反馈，利用虚短和虚断：利用虚短和虚断：操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 课堂交流课堂交流n该电路的输出电压与两输入电压之该电路的输出电压与两输入电压之和的比例系数与和的比例系数与rf / r1值关系如何？值关系如何？输出电压和输入电压极性相同输出电压和输入电压极性相同还是

59、还是相反？相反？n该电路能否实现相加？该电路能否实现相加？操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 1. 1. 反相加法器：反相加法器：若若r1 =r2 =r, 平衡电阻平衡电阻r0= r1/ r2/rf0= = =- -+ +uui1 + i2= if（四）（四） 加、减法运算电路加、减法运算电路uuu0u2rafofri2+i+i2ur+i1ri11虚地虚地fo2i21i1rururu- -= =+ +)(i22fi11fourrurru+ +- -= =)(i2i1fouurru+ +- -= =操作任操作任务务教师分教师分析析相关

60、知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 2. 2. 同相求和运算：同相求和运算：当当r1 = r2 = rf = r时时, uuuuri1rrf+i1a+ofiu+i2r12uu+a+ouu+fifrrrii112i2111i212)()(urrrurrru+ + + += =+ +)()(1(2i2111i212fourrrurrrrruauu+ + + + + + += = =2ioi1uuu+ += =同相比例运算同相比例运算: :ifo)1(urru+=操作任操作任务务教师分教师分析析相关知相关知识识归纳小归纳小结结学生操学生操作作问题提问题提出出 叠加原理叠加原