电工电子产品制作与调试 课件 项目5、6 红外线报警器的设计与制作、直流稳压电源的分析与制作

项目5红外线报警器的设计与制作项目描述热释电红外传感器是一种能检测人或动物身体发射的红外线而输出电信号的传感器。它可以做成主动式和被动式的传感器，与各种电路配合，广泛应用于安全预防及控制自动门、灯、水龙头等场合。本项目使用SD02型热释电人体红外传感器组成放大检测电路，制成红外线报警器。报警器可监视几十米范围内运动的人体，当有人在该范围内走动时，就会发出报警信号。任务5.1差分放大电路的组装与测试【任务引入】差分放大电路又叫差动放大电路，是另一类基本放大器，它的输出电压与两个输入电压之差成正比，由此而得名。它不仅能放大直流信号，而且能有效地减小由于电源波动和晶体管随温度变化而引起的零点漂移，因而获得广泛应用，是组成集成运算放大器的一种主要电路，常被用作多级放大电路的前置级。

电工电子产品制作与调试信号源第一级第二级负载

两级阻容耦合放大电路

阻容耦合放大电路结构简单，成本低，频率特性好，静态工作点不互相影响，其应用十分广泛。但耦合电容对低频信号衰减大，对缓慢变化的信号不能进行耦合，同时在集成电路中难于制造大的电容，所以阻容耦合形式在集成电路中无法应用。为什么选用“差动”的电路形式?差分放大电路的组装与分析两级直接耦合放大电路

直接耦合方式中信号不经过电容，所以频率特性较好，可以放大频率很低的信号或直流信号，并便于集成，但静态工作点不再互相独立，而且会引起零点漂移。1、集成电路级与级之间采用直接耦合，而直接耦合电路必然会产生“零点漂移”。

零点漂移：当输入信号为0，由于电源波动、温度变化等原因，使工作点发生变化，使放大器输出电压偏离起始点做上下漂动，成为零点漂移。如图中，当时，由于某种原因使，设，则这种缓慢变化的信号将淹没有用的信号，这是不允许的。2、为了有效抑制零漂，输入级必须采用差动放大器。抑制零点漂移的工作原理

差动电路最大特点是电路完全对称，其中T1、T2

两管特性相同，元件参数之值相等。当温度变化时，对两管的影响是一致的，相当给两管电路同时加入大小相等、极性相同的输入信号，因此，当电路特性完全对称的情况下，两管的集电极电位始终相同，不会出现普通直接耦合放大器那样的漂移电压，这就是为什么差动放大电路能够抑制零点漂移的原因。基本差动放大电路构成原理

当ui1=ui2=0时，当温度变化时,电路的对称性越好,抑制零漂的作用越强.共模输入差模输入比较输入大小相等、极性相同的信号大小相等、极性相反的信号抑制共模信号能力的大小，反映对零点漂移的抑制水平输出电压为两管各自输出电压变化量的2倍大小、极性均任意的信号差动放大电路的信号输入任务5.2集成运算放大器的组成与调试【任务引入】集成运算放大器简称为集成运放。集成运放最早应用于信号的运算，所以又称为运算放大器。随着电子技术的发展，目前集成运放的应用几乎渗透到电子技术的各个领域，除运算外，还可以对信号进行处理、变换、产生和测量，称为组成电子系统的基本功能单元。

电工电子产品制作与调试集成电路（IC）是20世纪60年代初期发展起来的一种新型电子器件。它是利用半导体工艺技术把整个电路的绝大部分元件以及相互之间的连线同时制作在一块半导体芯片上，再用塑料封装起来。

特点:是体积小，重量轻，性能好，功耗低，可靠性高。

5.2.1集成运算放大器的认识通常由差动放大电路构成，目的是为了减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗。通常由共发射极放大电路构成，目的是为了获得较高的电压放大倍数。通常由互补对称电路构成，目的是为了减小输出电阻，提高电路的带负载能力。一般由各种恒流源电路构成，作用是为上述各级电路提供稳定、合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。最简单集成运放

调零端：1和5管脚输入端：2和3管脚输出端：6管脚电源端：4和7管脚集成运放的主要参数(1)开环差模电压增益：(2)最大差模输入电压：(3)最大输出电压：(4)差模输入电阻：(5)输出电阻：(6)共模抑制比：开环：运算放大器外部，两个输入和输出之间没有任何连接。增益越大，放大器精度越高，工作越稳定抑制共模信号的能力，即抑制零点漂移的能力理想运算放大器

将集成运算放大器的一些参数近似理想化，得到理想运算放大器的模型，有(1)开环差模电压增益：(3)差模输入电阻：(4)输出电阻：(2)共模抑制比：注意：无特殊说明，今后我们分析的集成运算放大器均为理想运算放大器！1.理想集成运算放大器主要条件＋－u-－u+uo国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小反相输入端同相输入端输出端集成运算放大器的电压传输特性开环状态下在线性区域内特性曲线中的线性区很窄其他部分称为饱和区(非线性区)理想传输特性：Aod越大，线性区越小，当Aod→∞时，线性区→00uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV线性区非线性区非线性区+10V-10V+Uom-Uom0uoui理想运算放大器：开环电压放大倍数Aod=∞差摸输入电阻Rid=∞输出电阻Ro=0(1)两个输入端之间电压近似为零5.工作在线性区域的理想集成运算放大器的两个重要结论在线性区由于为有限值，而为无穷大，因此故相当于两个输入端短路（“虚短”）（“虚断”）由于为无穷大，故相当于两个输入端之间开路(2)两个输入端电流近似为零3.2.4比例运算1.反相比例运算电路特点：运算放大器工作在闭环状态，即在运放外部，输出端与一个反相输入端有物理连接。特点：

输入信号接反相输入端；反馈电阻接于输出与反相输入端之间；输出电压与输入电压反相。虚地点i1=if

（虚断）因为有负反馈，利用虚短和虚断u+

=0

u－=u+=0（虚地）电压放大倍数:由式可知，在输入一定的前提下，改变的比例关系，可以得到所需的输出。特殊情况下

当时，有，此时我们称该电路为反相器或反号器。例题1.

R1=10k

,Rf=20k,ui=-1V。求:uo

、Ri。说明R0的作用，R0应为多大？特点：共模输入电压=0（u－=u+=0）缺点：输入电阻小（

Ri=R1）

R0为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R0=R1//Rf，输入信号为零时，输出信号也为零。2.同相比例运算特点：输入信号接同相输入端；反馈电阻接于输出与反相输入端之间；输出电压与输入电压同相。由“虚断”及”虚短”由平衡电阻的概念有Au=1特例：电压跟随器此电路是同相比例运算的特殊情况，输入电阻大，输出电阻小。在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。ui=u+=u-=uo利用虚短和虚断：由“虚断”及”虚短”由平衡电阻的概念有3.反相加法运算由图可知反相输入端虚地由KCL有由平衡电阻的概念有当有

该结论可推广为多个输入信号

电路如图，已知

求：输出电压的大小。

解：该电路实现了三个输入信号的反相加法运算，所以

例电工电子产品制作与调试4.减法运算

输入信号由两个输入端分别输入，称为差动输入。

由虚短得到

由虚断得到

当时电工电子产品制作与调试分析输出电压与输入电压的关系电工电子产品制作与调试项目6直流稳压电源的分析与制作项目描述在工业或民用电子产品中，其控制电路通常采用直流电源来供电。对于直流电源的获取，除了直接采用蓄电池、干电池或直流发电机外，目前广泛采用的是直流稳压电源，它可以将电网提供给我们的交流电压转换成为电子电路所需要的稳定的直流电压。本项目以小功率直流稳压电源为研究对象，试分析其工作过程并制作调试该电路。任务6.1整流电路的分析整流电路的作用整流电路的主要作用是将交流电压转化为脉动直流电压。整流电路半波全波桥式整流电路电路结构

－RLuo1234ab+–+–u变压器整流桥电路由变压器T和二极管VD1VD4及负载RL组成。整流电路工作原理分析二极管电路的工作原理，实际上就是要判断，在给定输入的条件下，判断二极管的工作状态，是导通还是截止，从而，对输出产生哪些影响。整流电路的输入，就是变压器的二次侧输出电压U，是这样一个正弦交流电压。整流电路正半周Va>Vb，D1、D3

导通，D2、D4

截止。uD2uD4

－uouDttRLuo1234ab+–

－u+–uu正半周：整流电路负半周uDu2D4RLiouo1234ab+–uouDttuD1uD3

－

－u+–uVa<Vb，D2、D4

导通，D1、D3

截止。u负半周：整流电路参数计算uotRLiouo1234+–+–u(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io整流电路参数计算(3)二极管平均整流电流ID(4)每管承受的最高反向电压UDRMuD2uD4uDtuD1uD3u二极管选择时应满足：最大整流电流：IOM>ID最大反向工作电压：URWM>URM电子元器件的安装电子装配是将各种元器件、零部件及结构件,按照设计要求安装到规定的位置上，组成具有一定功能的电子产品的过程。元器件要安装到电路板上,其引脚需要成型,成型的目的是为了满足安装尺寸与印制电路板的配合等要求电子装配工艺元器件水平安装元器件直立安装电子元器件安装的基本原则电子元器件的安装01元器件安装的顺序:先低后高,先小后大,先轻后重。02元器件安装的方向:电子元器件的标记和色码部位应朝上,以便于辨认;水平安装元件的数值读法应保证从左至右,竖直安装元件的数值读法应保证从下至上。03元器件的间距:在印制电路板上的元器件之间的距离不能小于1mm;引脚间距要大于2mm,必要时,要给引脚套上绝缘套管。对水平安装的元器件,应使元器件贴在印制电路板.上,元器件与印制电路板之间的距离要保持在0.5mm左右;对竖直安装的元件,元器件与印制电路板之间的距离应在3~5mm。电子元器件安装注意事项电子元器件的安装1)元器件插好后,其引脚的外形处理有弯脚的,有切断成型等方法,要根据要求处理好,所有弯脚的弯折方向都应与铜箔走线方向相同。2)安装二极管时,除注意极性外，还要注意外壳封装,特别是玻璃壳体易碎，引脚弯曲时易爆裂;对于大电流二极管,有的则将引脚体当作散热器,故必须根据二极管规格中的要求决定引脚的长度。3)为了区别三极管的电极和电解电容的正负端,一般是在安装时,加带有颜色的套管进行区别。4)大功率三极管一般不宜装在印制电路板上。因为它发热量大,易使印制电路板受热变形。元器件引脚手工成型的方法手工成型所用的工具是镊子和圆弧的长尖嘴钳，用镊子和长尖嘴钳夹住原件根部，弯折元件引脚，形成一圆弧即成.元器件手工成型示意图手工焊接的步骤在制作定制产品过程中电子元器件的焊接均采用锡焊，锡接质量好坏直接影响电子设备的工作性能。焊接工具与材料（1）焊接的工具：电烙铁、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、螺钉旋具、镊子和电烙铁架等。（2）焊料与焊剂：电子线路焊接所用焊料为焊锡；常用的焊剂有焊油和松香。（3）手工焊接：手工焊接就是使用电烙铁进行的人工焊接。手工焊接的步骤焊接前的准备在焊前的准备工作主要包括元器件的引脚和印制电路板表面清洁、预焊、元器件引脚或成型与插装；为了保证焊接工作的顺利进行，在焊接前要用刀片或细砂纸等工具对元器件引脚和印制电路板表面进行清洁处理；预焊是给待焊材料焊接处镀上一层薄焊锡（俗称上锡或搪锡），这样有利于元器件的焊接，同时也能保证焊接质量。手工焊接的步骤焊接的步骤（1）准备：将加热好的电烙铁（烙铁头上应熔化一部分焊料）和带有助焊剂的焊料对准已经预加工好的待焊材料，如图所示。准备预热（2）烙铁预热：用电烙铁加热待焊接处，要掌握好电烙铁头的角度，使焊点与烙铁的接触，面积大一些且应有一定压力如图所示。手工焊接的步骤（3）送焊料：待焊材料加热到一定温度后，从烙铁头到对面送上焊料并熔化焊料，如图所示。（4）移开焊料：当焊料熔化到一定量后，移开焊料，如图所示。（5）撤去电烙铁：当焊接点上的焊料接近饱满、焊剂还没有完全挥发、焊点最光亮、流动性最强的时候，应迅速撤去电烙铁，如图所示。送焊料移开焊料撤去电烙铁手工焊接的步骤焊接检验（1）电气连接应可靠：在焊点处应为一个合格的短路点，与之相连的各点间的接触电阻值应为零。（2）足够的机械强度：各焊件在机械上形成一体、要有一定的抗拉、抗震强度。可用镊子轻轻拨动焊接部位进行检查，并确认其适量。检查主要包括导线、元器件引脚和焊锡是否结合良好，有无虚焊现象，元器件引脚和导线根部是否有机械损伤。（3）外观要合乎要求：通过肉眼从焊点的外观上检查焊接质量，可以借助3-10倍放大镜进行目检。一个良好的焊点，应是明亮、平滑、焊料量充足、无裂纹、无针孔和拉尖现象。手工焊接的步骤焊接的技巧（1）保持烙铁头的清洁，因为焊接时烙铁头长期处于高温状态，又接触焊剂等杂质，其表面很容易氧化并黏上一层黑色杂质，这些杂质形成隔热层，使烙铁头失去加热作用，因此要随时除去杂质。（2）焊接顺序按元件高度自低到高，依次为电阻器、二极管、集成电路、电容器。三极管。（3）焊接时间要短，以免造成印制电路板铜箔翘起、元件损坏。焊接的技巧04焊锡用量要合适，过量的焊锡会增加焊接时间，更严重的是过量的焊锡有可能造成不易察觉的短路。但是焊锡过少不能形成牢固地结合，同样也是不允许的。05耐热性差的元器件应使用工具辅助散热。如CMOS集成电路、瓷片电容、发光二极管等元器件，施焊时注意控制加热时间，焊接一定要快。在焊接过程中可以用镊子、尖嘴钳子等夹住元器件的引脚，减少热量传递到元器件，避免元器件承受高温。手工焊接的步骤滤波电路的分析滤波电路一般由电容和电感这样的电抗元件组成滤波电路电容滤波电感滤波π形滤波电路结构及原理电容充电电容放电uTRLD1D4D3D2uoioCuCtuO2U0电容滤波电路的工作原理利用电容的储能特性来减小输出电压的波动，将脉动直流电转