项目4温度指示器的制作与调试PPT课件

1、江江 西西 省省 电电 子子 信信 息息 技技 师师 学学 院院工程工程4 4 温度指示器的制造与温度指示器的制造与调试调试 每当季节更替，气候变化时，令人想回想过去的往事。利用集成运放的运用电路，制造一款温度指示器，随时陪伴在他的身边，让他觉得总有“人关怀他，提示他“寒“暑间的温度变化。其实，时至今日，集成运放在各种放大器、比较器、振荡器、信号运算电路得到了广泛运用，成为一种通用性很强的根本集成电路。23义务义务1 集成运算放大器在根本运算中的集成运算放大器在根本运算中的运用运用l义务目的：义务目的：l 1了解集成运算放大器的特点；了解集成运算放大器的特点；l 2了解集成运放的单元电路恒流源

2、、了解集成运放的单元电路恒流源、差分放大器的组成方式及根本特性；差分放大器的组成方式及根本特性；l 3掌握集成运放在线性系统中的运用；掌握集成运放在线性系统中的运用；l 4能正确识读集成运放和判别其的质量能正确识读集成运放和判别其的质量好坏好坏l义务教学方式：义务教学方式：l 教学建议：采用多媒体课件，重点引见教学建议：采用多媒体课件，重点引见差分放大器输入与输出方式及特点；集成差分放大器输入与输出方式及特点；集成运放的运用电路应结合练习，精讲电路构运放的运用电路应结合练习，精讲电路构造方式及特性造方式及特性 4义务义务1 集成运算放大器在根本运算中的集成运算放大器在根本运算中的运用运用l 知

3、识知识1 集成运放的根本单元电路集成运放的根本单元电路l1电流源电路电流源电路l1单管电流源电路单管电流源电路l单管电流源电路采用分压单管电流源电路采用分压l偏置式电路即引入电流负反响偏置式电路即引入电流负反响单管电流源电路 集成电路内部构造框图5l2镜像电流源lV1和V2管的参数完全一样，故IC1=IC2，当管子的较大时，lIB很小，可忽略不计，所以V2管的集电极电流IC2即l电流源输出电流近似等于基准电流IREF，l即RVRUVI ICCBECCREFC2镜像电流源镜像电流源6有源负载放大器有源负载放大器 由于普通晶体管电流源的频率特性较差，尤其是横向PNP管电流源的频率特性更差，所以在高

4、速或宽带集成电路中，普通不采用有源负载放大器。 由于电流源具有直流电阻小，而交流电阻很大的特点，在集成电路内部的放大器广泛运用电流源作有源负载 。7l2差分放大电路差分放大电路l1零点漂移景象零点漂移景象l 在单级共射放大器处静态时，由于温度变在单级共射放大器处静态时，由于温度变化、电源动摇、器件的老化等要素的影响，会使化、电源动摇、器件的老化等要素的影响，会使任务点电压即集电极电位偏离设定值而缓慢任务点电压即集电极电位偏离设定值而缓慢地上下漂动，这种景象称为零点漂移，简称地上下漂动，这种景象称为零点漂移，简称“零零漂。漂。l 2根本差分放大器根本差分放大器l1电路构造电路构造iduiduid

5、idccidouDuAuAuuuuuuA2121218对于完全对称的差分放大电路，输出电压uo=uc1-uc2=0，因此共模电压放大倍数 共模放大倍数共模放大倍数AVC愈小，那么阐明抑制零漂移才干愈强。愈小，那么阐明抑制零漂移才干愈强。 差分放大器常用共模抑制比差分放大器常用共模抑制比KCMRCommon - Mode Rejection Ratio)来衡来衡量放大器对有用信号的放大才干及对无用漂移信号的抑制才干，其定义为量放大器对有用信号的放大才干及对无用漂移信号的抑制才干，其定义为uuDAA0iCouCuuAuCuDCMRAAK即即9l2典型的差分放大电路 当输入信号ui=0时，由于电路不

6、完全对称，输出uo不一定为零，这时可调理RP，使电路到达对称，uo=0。而发射极电阻Re的作用是引入共模负反响。例如，当温度升高时，两个晶体管的射极电流同时增大，射极电阻Re两端电压升高，使两管发射结压降同时减小，基极电流也都减小，从而阻止了两管集电极电流随温度升高而增大，稳定了静态任务点，有效地抑制零漂。在共模信号输入时，由于差分放大器在Re上构成的反响电压是单管电路的两倍，故对共模信号有很强的抑制才干。 10l3具有恒流源的差分放大器 由于电流源的输出端电位在很宽范围内变化时，输出电流的变化极小，因此当输入共模信号引起射极电位改动时，将不会影响差模性能，但会使共模放大倍数减小。因此，引入恒

7、流源后，扩展了差动电路的共模输入电压范围，从而提高共模抑制比。 11l4差分放大电路的几种输入、输出方式 图c为单端输入、双端输出差分放大电路；而图d为单端输入、单端输出差分放大电路。 双端输入和双端输出差分放大电路如图a所示，可利用电路两侧对称性及Re的共模反响来抑制零漂；图b为双端输入、单端输出差分放大电路；12l无论是双端输入，还是单端输入，只需是双端输出时，AuD = AuD1AuD1单边差模电压放大倍数；单端输出时，121uDuDAA想一想：想一想：1零点漂移能否在任何耦合方式零点漂移能否在任何耦合方式的多级放大器中都存在呢？的多级放大器中都存在呢？2在差分放大器的不同衔接方式在差分

8、放大器的不同衔接方式中，输出方式怎样影响电压放大倍中，输出方式怎样影响电压放大倍数的？输入方式会影响电压放大倍数的？输入方式会影响电压放大倍数吗？数吗？13l知识知识2 集成运算放大器运用集成运算放大器运用l理想化的条件主要是：开环放大倍数理想化的条件主要是：开环放大倍数Ao；差模输入电阻；差模输入电阻rid；开环输出；开环输出电阻电阻ro0；共模抑制比；共模抑制比KCMRR。 l运算放大器任务在线性区时，分析根据有运算放大器任务在线性区时，分析根据有两条：一是由于运算放大器输入端的差模两条：一是由于运算放大器输入端的差模输入电阻输入电阻rid，故以为两个输入端的输，故以为两个输入端的输入电流

9、为零，称为入电流为零，称为“虚断；二是由于运算虚断；二是由于运算放大器的开环放大倍数放大器的开环放大倍数Ao，输出电压，输出电压是一个有限的数据，从是一个有限的数据，从uo=Aou+-u-=uo/ Ao0，所以以为，所以以为u+u-，称为，称为“虚短。虚短。14a新符号 b旧符号1反相比例放大电路ifouRRu1反响电阻输出输入平衡电阻输入电阻15l2同相比例放大器电路当Rf=0，R1时，便构成了电压跟随器VuRRuifo10202001116l例4.1有一理想集成运放电路接线如下图，知ui=1V，R1=20k，Rf=200k，试求输出电压uo及平衡电阻R2。l解：1此电路为反相放大器，l2k

10、RRRf2 . 182002020020/1217l例4.2 在以下图所示电路中，知Rf=2R1，R3=2R2，ui=1V，试求输出电压uo。l解：图示电路可以分解成两个运算放大器，A1构成电压跟随器，A2构成同相比例运算放大器。因此，对A1来说，uo1= ui；对A2来说，VuRRRRRuofo232311323118l3反相加法器电路l集成运放构成反相放大器，u1、u2 为相加电压，uo为和电压。当取R1=R2=Rf时，A=1，输出电压uo=-u1+ u2，实现了加法运算。R3为平衡电阻为保证同相输入和反相输入端参数对称，取R3= R1R2Rf，用于平衡输入偏置电流呵斥的失调。 19l4相

11、减器差动运算电路l利用叠加原理进展分析计算，l得 当取R1=R2= R3= Rf时，A=1，输出电压uo= u2-u1，实现了减法运算。R3为平衡电阻。11232311uRRuRRRRRuffo20l例4.3 在以下图所示电路中，知R1=R2=R3=Rf，u1=1V，u2=3V，试求输出电压uo。11232311uRRuRRRRRuffo解：此电路构成了一个减法器，因R1=R2=R3=Rf，故可得出uo= u2-u1=3-1=2V21121uDuDAA想一想：想一想：1理想集成运放任务在线性区时，有理想集成运放任务在线性区时，有哪两个特点即重要结论？哪两个特点即重要结论？2比例运算电路的闭环电

12、压放大倍数比例运算电路的闭环电压放大倍数能否与反响电阻和输入电阻以及集成运能否与反响电阻和输入电阻以及集成运放本身参数均有关系？放本身参数均有关系？3什么是什么是“虚短、虚短、“虚断、虚断、“虚地虚地？同相输入电路能否存在？同相输入电路能否存在“虚地？虚地？2215.1kV112 V V212 V V3-1 V XMM1做一做：集成运放的仿真测试做一做：集成运放的仿真测试112 V V212 V XMM1R110kR210kR3200kV30.1 V 1.电压跟随器仿真电路电压跟随器仿真电路 Ui/V10.5012Uo/VR1=5.1kR1=

13、电压跟随器仿真数据记录23112 V V212 V XMM1R110kR210kR3200kV30.1 V 2.反相比例放大器反相比例放大器仿真电路仿真电路 反相比例放大器仿真数据记录Ui20mV100mV500mV1V2V5VUo24112 V V212 V XMM1R110kR210kR3200kV320mV V4-5mV R4200k3.同相比例放大器同相比例放大器仿真电路仿真电路 同相比例放大器仿真数据记录Ui20mV100mV500mV1V2V5VUo25112 V V212 V XMM1R3200kV35

14、mV V410mV R120kR220kR420k4.相减器相减器仿真电路仿真电路 相减器仿真数据记录V3直流电压源/ mV5102050V4直流电压源/ mV105520Uo/ mV265.反相加法器反相加法器仿真电路仿真电路 反相加法器仿真数据记录V3直流电压源/ mV5102050V4直流电压源/ mV105520Uo/ mV27做一做：集成运放的实验测试做一做：集成运放的实验测试反相比例运算反相比例运算实验电路实验电路 输入电压Ui0.4V0.2V+0.2V+0.4V输出电压Uo计算值Uo= -（Rf/R1）Ui实测值 在反相输入端参与直流信号Ui，依次将Ui 调到-0.4V、-0.2

15、V、+0.2V、+0.4V，用万用表丈量出每次对应的输出电压Uo，记录在下表中。 28 从函数信号引入f =1kHz、Ui=0.5V的正弦交流信号，用示波器丈量相应的Uo，并察看Uo和Ui的相位关系，记入下表中。 Ui（V）Uo（V）Ui波形Uo波形AV实测值计算值反相比例运算反相比例运算实验电路实验电路 29同相比例运算同相比例运算实验电路实验电路 在同相输入端参与直流信号Ui，依次将Ui 调到0.4V、0.2V、+0.2V、+0.4V，用万用表丈量出每次对应的输出电压Uo，记录在下表中。 输入电压Ui0.4V0.2V+0.2V+0.4V输出电压Uo计算值Uo= （1+Rf/R1）Ui实测值

16、30 从函数信号引入f =1kHz、Ui=0.5V的正弦交流信号，用示波器丈量相应的Uo，并察看Uo和Ui的相位关系，记入到下表中。 Ui（V）Uo（V）Ui波形Uo波形AV实测值计算值同相比例运算同相比例运算实验电路实验电路 31电压跟随器电压跟随器实验电路实验电路 从函数信号引入f =1kHz、Ui=0.5V的正弦交流信号，用示波器丈量相应的Uo，并察看Uo和Ui的相位关系，记入到下表中。 Ui（V）Uo（V）Ui波形Uo波形32反相加法反相加法实验电路实验电路 在电阻R1端参与直流信号电压Ui1，在电阻R2端参与直流信号电压Ui2，依下表调整Ui1、Ui2，用万用表丈量出每次对应的输出电

17、压Uo，记录在下表中， 输入电压Ui10.4V0.2V+0.2V+0.4V输入电压Ui20.2V+0.4V0.4V+0.2V输出电压Uo计算值Uo= -（Rf/R1）（Ui1+Ui2）实测值33o12fRC减法器差动放大器减法器差动放大器实验电路实验电路 在电阻R1端参与直流信号电压Ui1，在电阻R2端参与直流信号电压Ui2，依下表调整Ui1、Ui2，用万用表丈量出每次对应的输出电压Uo，记录在下表中， 输入电压Ui1+0.2V 0.2V+0.2V+0.4V输入电压Ui2+0.4V +0.2V0.2V0.4V输出电压Uo计算值Uo= （Rf/R1）（Ui2-Ui1）实测值34义务义务2 集成运

18、放在波形变换发生方面的运集成运放在波形变换发生方面的运用用l义务目的：义务目的：l 1了解集成运算放大器在线性系统中的了解集成运算放大器在线性系统中的运用；运用；l 2了解集成运放在低频正弦波信号的产了解集成运放在低频正弦波信号的产生电路中的作用生电路中的作用l义务教学方式：义务教学方式：l 教学建议：集成运放构成的教学建议：集成运放构成的RC振荡器讲振荡器讲解时，可结合前面所学的由分立元件组成解时，可结合前面所学的由分立元件组成RC正弦波振荡器，来进展电路构造比较正弦波振荡器，来进展电路构造比较 35义务义务2 集成运放在波形变换发生方面的集成运放在波形变换发生方面的运用运用l 知识知识 产

19、生低频正弦波信号的电路产生低频正弦波信号的电路l 当集成运放运用于产生正弦波、当集成运放运用于产生正弦波、矩形波方波和锯齿波等不同类型矩形波方波和锯齿波等不同类型的波形时，其任务形状并不一样。通的波形时，其任务形状并不一样。通常在产生正弦波的电路中，集成运放常在产生正弦波的电路中，集成运放可以作为放大环节，再配以一定的选可以作为放大环节，再配以一定的选频网络等，即可产生正弦波振荡，所频网络等，即可产生正弦波振荡，所以其中的运放根本上任务在线性区。以其中的运放根本上任务在线性区。但是，对于产生矩形波或锯齿波的电但是，对于产生矩形波或锯齿波的电路，它们本质上是脉冲电路，其中的路，它们本质上是脉冲电

20、路，其中的运放作为一个开关元件，输出电压只运放作为一个开关元件，输出电压只需两种形状，因此，它们大都任务在需两种形状，因此，它们大都任务在非线性区。非线性区。36l如右图所示为采用集成运放的1kHz文氏桥式正弦波振荡器，R1、C1和R2、C2构成正反响回路，并具有选频作用，使电路产生单一频率的振荡。R3、R4、R5等构成负反响回路，以控制集成运放IC的闭环增益，并利用并联在R5上的二极管VD1、VD2的箝位作用进一步稳定振幅。电路谐振中心频率集成运放构成的集成运放构成的RC振荡电路振荡电路 1137RCfo621 右图中，由三节RC高通电路组成的反响网络兼选频网络，其最大相移可接近270，因此

21、有能够在特定频率fo下移相180，即f=180。思索到放大电路产生的相移运放的输出与反相输入端比较a=180，那么有a+f=360或 0。显然，只需适当调理Rf的值，使Auf适当，就可同时满足相位和振幅条件，产生正弦波信号。 可以证明，这种振荡电路的振荡频率为 移相式RC振荡器 U1LM318D32476518R120kR220kR310kR415kR510kC18.2nFC28.2nFD11N4148D21N4148V112 V V212 V XSC1ABExt Trig+_+_3815.1kV112 V V212 V V3-1 V XMM1做一做：做一做： 运算放

22、大器构成的运算放大器构成的RCRC振荡器仿真振荡器仿真测试测试由M318构成的振荡器 39义务义务3 集成运放在信号处置方面的运用集成运放在信号处置方面的运用l义务目的：义务目的：l 1了解集成运算放大器和电压比较器在了解集成运算放大器和电压比较器在线性系统中的运用；线性系统中的运用；l 2掌握温度指示器的任务原理掌握温度指示器的任务原理l义务教学方式：义务教学方式：l教学建议：结合投影等多媒体课件，着重教学建议：结合投影等多媒体课件，着重讲电压比较器的根本特性；而电压比较器讲电压比较器的根本特性；而电压比较器的开环运用只简单描画的开环运用只简单描画 40LM324热敏电阻电源二线插座电位器L

23、M324温度指示器实物外形 41义务义务3 集成运放在信号处置方面的运用集成运放在信号处置方面的运用l知识知识1 信号频率的有源滤波信号频率的有源滤波l在各种有源滤波和采样坚持电路中，运放在各种有源滤波和采样坚持电路中，运放普通任务在线性区，而在信号幅度的比较普通任务在线性区，而在信号幅度的比较和选择电路中，运放经常任务在非线性区。和选择电路中，运放经常任务在非线性区。l滤波器或滤波电路是一种能使某一部分频滤波器或滤波电路是一种能使某一部分频率比较顺利地经过而另一部分频率遭到较率比较顺利地经过而另一部分频率遭到较大衰减的安装，常用在信息处置、数据的大衰减的安装，常用在信息处置、数据的传送和干扰

24、的抑制等方面。传送和干扰的抑制等方面。 42uuU+i-uuAOREF 用集成运放可方便地构成有源滤波器，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。 集成运放IC1A等构成二阶高通滤波器，IC1B等构成二阶低通滤波器，将前置放大器来的全音频信号分频后分别送入两个功率放大器，然后分别推进高音扬声器和低音扬声器。集成运放构成的有源滤波器 右图所示为前级二分频电路。 43义务义务3 集成运放在信号处置方面的运用集成运放在信号处置方面的运用l知识知识2 信号幅度的比较电路信号幅度的比较电路l电压比较器，简称比较器，实践上是一个电压比较器，简称比较器，实践上是一个高增益、宽频带放大器，其符号与运放符高增

25、益、宽频带放大器，其符号与运放符号一样。它与运放的主要区别在于比较器号一样。它与运放的主要区别在于比较器的输出电压为两个离散值，通常称为高的输出电压为两个离散值，通常称为高/低低电平，相当于数字电路中的逻辑电平，相当于数字电路中的逻辑“1和和“0。l功能：将一个模拟输入电压信号与一个参功能：将一个模拟输入电压信号与一个参考电压相比较，根据比较结果，输出一定考电压相比较，根据比较结果，输出一定的高低电平。将模拟信号转成数字信号。的高低电平。将模拟信号转成数字信号。l构成：运放组成的电路处于非线性形状，构成：运放组成的电路处于非线性形状，输出与输入的关系输出与输入的关系uo= f (ui)是非线性

26、函数。是非线性函数。44l比较器可分为过零比较器、单限比较器、滞回比较器、双限比较器。l1电压比较器的开环运用单门限比较器与参考电压比较uoui0+Uom-Uom假设ui从同相端输入时符号及传输特性 输入电压ui加在同相端，参考电压UREF置于反相端。当ui UREF时，即u+u-，集成运放正向饱和，比较器uo = +Uom高电平；当ui UREF时，uo = -Uom低电平 。 45 输入电压ui 加于反相端，参考电压UREF设为正值加在同相端。当ui UREF时，即u-u+，比较器uo = -Uom 。 uuu-+ui+OA+uoui0+Uom-Uom假设ui从反相端输入时符号及传输特性

27、46l2电压比较器的开环运用过零比较器：门限电平=0uoui0+UOM-UOMuu-u+iOu+Auoui0+UOM-UOM 输入信号加在反相输入端，同相端接“地。相当于同相端加了参考电压为“零的值。此时，参考电压UREF=0。过零比较器门限电平为零也属于单限比较器只是电平为零的单限比较器。 47l 过零电路可做为零电平检测器，也可用于“整形，将不规那么的输入波形整构成规那么的矩形波。例如，利用电压比较器过零比较器将正弦波变为方波。 tuituo+ U om-Uom48l3. 限幅电路使输出电压为一稳定确实定值l1用稳压管稳定输出电压。uoui0+UZ-UZ忽略了忽略了UD 当ui 0时，uo = +UZ稳压管DZ的稳压值；当ui 0时，uo = -UZ 。49l2稳幅电路的另一种方式将双向稳压管接在负反响回路中。 uoui0+UZ-UZ50l*4迟滞比较器l迟滞比较器由于电路中运用正反响，因此运放任务在非线性区。l任务原理：有两个门限电压。UT+称上门限电压，UT-称下门限电压。UT+UT-称为回差电压。uoui0+UZ-UZUT+UT-REFZURRRURRRUuf2ff22T 51l2当uo = -UZ时。这时，uo = -UZ，u+= UT-；假设ui 下降，当ui UT-时，uo从-UZ +UZ。REFZURRRURRRUu