教学项目六 运算放大器应用电路制作

江苏省盐城技师学院

电气工程系江苏省盐城技师学院

电气工程系教学项目五振荡器的制作任务1基本振荡电路的安装与调试本任务是一个闪烁电路（如图5-1），两个三极管构成两级直接耦合放大器，然后在后级输出端a通过R1、C1连接到输入端b，构成正反馈，实现振荡。接通电路，发光二极管将不停地闪烁，就像一盏航标灯，同时喇叭发出节拍声。调节电位器，就可以调节闪烁频率。任务引入与分析

相关知识

1、振荡的基本知识（1）、自激振荡的现象

图5-2扩音系统的自激振荡现象图示（2）、振荡条件相位平衡条件：ΦA+ΦF=2nπ（n=0，1，2，…）

ΦA是放大电路的移相；ΦF是反馈网络的移相。幅度平衡条件：AF=1

(3)、振荡器的分类振荡器主要分为RC，LC振荡器和晶体振荡器（1）RC振荡器采用RC网络作为选频移相网络的振荡器统称为RC正弦振荡器,属音频振荡器。（2）LC振荡器采用LC振荡回路作为移相和选频网络的正反馈振荡器称为LC振荡器。

LC振荡器的分类①变压器耦合：单管LC正弦振荡器、差分对管LC正弦振荡器②三点式：电容三点式(考毕兹)振荡器·电感三点式(哈特莱)振荡器③改进三点式：克拉泼振荡器、西勒振荡器④差分对管振荡器(3)晶体振荡器振荡器的振荡频率受石英晶体控制的振荡器。2、简单的RC充放电振荡电路

电路组成及工作原理：开机时，VT1、VT2均截止，电源经Rp、R2、C1、R1、喇叭对C1充电，在VT2基极电位达到0.7V以前VT2均截止，a点输出低电平（如图5-4（b））；当基极电位达到0.7V时VT1、VT2导通，a点出现高电平，电源经VT2的ce、R1、C1、VT1的be对C1反方向充电，充电电流加速并维持、VT2的导通，a点维持高电平，一旦C1充电结束，三极管转向截止，从而出现循环往复[图5-4（c）]。调节Rp和R3、R1、C1均可改变充放电的时间常数，从而调节振荡频率。充放电时间常数主要由Rp、R2、R1、C1决定5-4RC充放电振荡电路电路组成及工作原理（a、b）图5-4RC充放电振荡电路电路组成及工作原理（c）3多谐振荡器（1）电路组成图5-5多谐振荡器（2）、工作原理接通电源，因为两个管子均接有正常的上偏置电阻，所以必定要趋向导通，若VT1先行导通，则极电位下降，经C1耦合使VT2加速截止，而在C极输出高电位，经C2耦合使VT1加速达到饱和，输出低电平，此为电路的一个稳态（VT1饱和、VT2截止）。因VT1饱和，电源经R3、C1、VT1的ce到地，对C1充电，当C1负极充得0.7V电压时，VT2趋向导通，VT2C极输出低电平脉冲，经C2耦合使VT1趋向截止，VT1的c极输出正脉冲经C1使VT2加速饱和，正反馈后VT2切底饱和，VT1切底截止，此为电路的第二稳态（VT1饱和、VT2截止）。R1、C1、R3、C2的参数决定振荡频率。1、元器件的选择与安装对照原理图5-1合理选择并安装元器件。2、元器件的检测（1）参照项目1用万用表电阻挡对所有元件逐一进行测量。（2）光敏电阻在光暗时（用黑纸挡住光线）电阻值很大，光亮时（阳光直射）电阻值下降到几百欧姆。阻值相差越大越好，测量时用万用表电阻挡R*10K挡位。（3）喇叭用R*1Ω低阻挡测量，正常电阻为8Ω。在测量瞬间细听喇叭发音，应发出“嚓、嚓、嚓”的声音，用手指轻击纸盆，手感应无卡阻现象。（4）PNP型三极管在测量时与NPN型不同的是“红”、“黑”表棒的位置刚好相反。任务实施3、安装、调试与检测（1）安装元件本任务采用印刷电路板（也可采用万能板），如图5-7所示。图中已根据电路原理图将电路转换到敷铜板上，各个焊点不再独立，已经通过铜箔相互构成了连线，这样就免除了繁琐的布局设计和连线环节，同学们只要按装配图安装好元件就可以了，整个制作变得简单、快捷，这样更适合于产品的批量生产。产品型电子设备均采用印刷电路板安装。请对照装配图将铜箔面对自己，从背面插入相应的元件，微量弯脚。（2）焊接图5-7中白色小圆点为焊点，灰色部分为阻焊剂。因为印刷电路板尺寸比较小，元件紧密，相邻焊点容易相碰，焊接时特别要注意。如果发现相邻焊点短路，应立即用电烙铁吸除多余焊锡，并将烙铁头上的多余焊锡敲击在烙铁架上，重复几次，即可将两焊点分开，也可以用牙签在焊锡熔化时将它们分开。（3）调试与检测检查无误后，接通3V电源（注意正负极），若电路正确，发光二极管将出现闪烁，同时喇叭中伴有节拍声。调节Rp，使电路的静态工作点发生变化，你将看到闪烁的频率发生变化。若进而减小或增大R2，你将看到偏置电阻太小或太大时电路均发生停振现象，太小时电路工作在饱和区，太大时电路工作在截止区，只有在放大区电路才会正常地起振荡。4、故障检修与模拟（1）故障检修（以音频振荡状态为例）接上电源，若无振荡输出，可用万用表电压挡测量两只三极管UBE的数值，如果均为0.7V左右，则说明静态偏置正常，此时应立即检查VT2是否过热，如发热应马上断电检查。因停振时电路的静态电流会很大，极易损坏输出管和喇叭。然后重点检查R1、C1反馈支路是否开路，喇叭是否卡死或烧坏；如果各UBE无0.7V左右的电压，则应检查偏置电路有无开路，重点检查支路。特别指出的是，偏置电阻过大或过小，三极管将进入饱和区或截止区，均可引起电路不起振。正常起振时，UBE1值为0.1V或负压，UBE2值为0.4V左右；停振时（如C1开路），各UBE值均升高到0.7V左右。（2）故障模拟用剪刀在正面将元件剪断或用电烙铁正面焊接短路线，可模拟出逼真的故障现象，只要检修者不看正面元件，就可以进行振荡电路的排故训练，训练检修技能。参考开路元件有Rp、R2、R1、VT1、VT2、喇叭等。参考短路元件有Rp、C1等。设置故障后，按上述故障检修思路分析、检修。图5-6光敏电阻图5-7印制电路板图评价方式采用教师评价、组与组之间评价相结合的模式。总结与回顾自我学习的客观过程。思考一下，在专业知识、专业技能上学到了什么，存在什么问题。任务评价与总结1、用瞬时极性法判定多谐振荡器是一个正反馈放大器，在图6-12（a）中用虚线标出放大器方框和正反馈方框。2、振荡电路产生自激振荡需要哪些条件？用单管放大器能否产生自激振荡？3、本任务在发生音频振荡状态时为什么发光二极管一直亮着而不再闪烁？4、要提高振荡频率，可采取哪些调整措施？5、调试时，如果C1或R1不小心开路，会产生什么样的后果？如果你不怕输出管和小喇叭过流发热，你也可以用实验的方法去试试！6、利用简易振荡器制作电子动物叫声发生器。如果没有印刷电路板，可使用多功能安装板或纸板电路。请查阅资料制作。任务延伸与拓展任务2RC振荡电路的安装与调试简易电容充放电自激振荡器电路简单，容易起振，但它输出的是非正弦波，在有些对波形要求较高的场合就不能满足要求了。RC振荡电路只要在正反馈网络中增加选频环节，它能在包含多个谐波的非正弦波中选中某种频率，产生振荡，输出波形良好的正弦波，所以RC振荡器在电子产品中得到广泛的应用，配合集成运算放大器构成的RC桥式振荡器更加简单、性能更加稳定。任务引入与分析

本任务利用大家很熟悉的普通两级同相输出放大器，配合具有选频功能的正反馈网络，实现正弦波的振荡，如图5-8所示。在负载前加了输出级，可驱动耳机或小喇叭发声作为监听，电路具有幅度调节和频率调节的功能，有较高的频率稳定性，是一个实用的音频信号发生器，可为电子产品的检修、调试、实验提供稳定且波形良好的信号源。图5-8RC串并联选频电路相关知识

1、RC串并联选频电路

RC串并联网络存在一个选频点f0，当外来信号f=f0时输出幅度最大，相移为0。当C1=C2，R1=R2时选频频率为f0=1/2∏RC。2、RC桥式正弦波振荡电路

（1）电路组成图5-10RC桥式振荡器结构电路(2)、工作原理本任务的电路可简要表示为图5-10，R1、C1和R2、C2为正反馈支路，R11和R5为负反馈支路，起稳定和改善波形的作用。正反馈支路分压点接放大器的同相输入端（b极），负反馈支路的分压点接放大器的反相输入端（e极）。两支路构成四个相对桥臂，“+”端和“-”端分别接在两桥臂的一组对角上，放大器的两输出端分别接在桥臂的另一组对角上。这种振荡电路满足振荡器的相位平衡条件，并且具有负反馈环节和功能。图6-17中的放大器如果用集成运放代替，则电路更为简洁、明了，制作与调试都容易。桥式振荡电路具有较高的稳定性和较大的频率调节范围，输出正弦波形好，所以被广泛采用。改变电路中的R1、R2或C1、C2均能调节频率，如果R1、R2采用同轴双边电位器，可方便地调节频率。调节R11和R5的比值，可方便地调节负反馈深度，从而改变输出幅度。本任务中的放大器采用两级分立元件同相放大电路，VT3为射极输出器，主要是降低输出电阻，稳定输出幅度，同时驱动喇叭发声。1、元器件的检测

2、布局设计与安装

3、调试与检测通电后若电路无误，喇叭中就有音频叫声发出，改变频率调节电位器的阻值，可听到音调高、低的变化。不管电路是否正常，调试与检测还必须要进行。请用万用表直流电压挡测量表中各点电压，填中表5-3中，并与正常值比较。如果差别很大，按表中的建议进行调整。如果电路的频率范围不太满足要求，还可以调节负反馈支路的反馈电阻R11，以改变负反馈的深度，从而改变音质或输出幅度。本电路的三极管偏置范围比较宽，测试时只要两个三极管工作在放大区，一般电路就能起振。所以，静态工作点与表所给的数据偏离一些是没有大问题的，只要不进入截止区（UCE接近12V）或饱和区（UCE小于0.7V），电路都能工作。需要说明的是，本电路音量比任务1轻得多，但波形和稳定性比任务1好得多。任务实施测量内容结果UBE1UC1UCE1UBE2UC2UCE2UE3输出端交流电压输出波形正常电压值（停振或起振0.65V或0.5V8V或6.5V0.65V或-1V8V或5V6.3V或8V3~5V实际测得的电压值参考调整元件R3R3、R6R7、R3R7、R10R7、RP2表5-3关键点电压检测表5、故障检修与模拟（1）故障检修振荡电路是否起振的判定方法是：检测各振荡三极管的UBE值，没有起振时的电压与放大电路相同，均为0.7V左右，起振后的UBE一般均出现负压或电压明显变小。像本电路中UBE2和UBE3均出现-1V~-2V的负压，表示电路已起振，所以你可以利用将C1开路或C2短路的方法（如眉毛钳碰C2两端）。仔细观察各UBE是否有变化，来判定电路起振是否。一般前置级变化小，如UBE1短路前为0.65V，短路后为0.6V，只要看到了“变化”就说明电路起振了。但短路时要根据具体电路，以短路后不影响静态工作点为原则，可以采用将输入短路到地或将输入端开路两种方法。为了避免直流短路现象的发生，也可以用一个47uF以上的大电容将输入端短路到地。短路前为0.65V，短路后为0.6V，只要看到了“变化”就说明电路起振了。但短路时要根据具体电路，以短路后不影响静态工作点为原则，可以采用将输入短路到地或将输入端开路两种方法。为了避免直流短路现象的发生，也可以用一个47uF以上的大电容将输入端短路到地。当然，严重的故障只要测一下各级静态工作点UCE就能查出所在，在工作点均正常的前提下才进行状态的检查。故障模拟：同桌之间可进行故障检修的模拟训练，以进一步提高分析判断能力，提高对电路理解与检测技能。参考故障设置点为：①C1开路（无声）；②C5开路（音轻）；③R3开路（无声）；④R8开路（声音异常或无声）；⑤R10开路（无声）；⑥R5短路（声音异常或VT1饱和）；⑦R7开路（无声）；⑧VT1b极开路；⑨VT2C极开路；⑩C7开路；根据静态工作点的偏离情况判断三极管的工作状态，然后分析可能的原因，最后查出故障元件。造故障在电路板正面进行，检修在反面，不能翻看正面元件，凭着你的万用表检测水平查出故障点。评价方式采用教师评价、组与组之间评价相结合的模式。总结与回顾自我学习的客观过程。思考一下，在专业知识、专业技能上学到了什么，存在什么问题。任务评价与总结1、本任务的RC桥式振荡器的输出频率范围是多少？（设电位器调到最小值时还串有1K的电阻）。2、指出本任务的RC桥式电路四个桥臂的元件，并画图，同时画出放大器的两个输入端（同相端+，反相端—）和两个输出端。3、要增加振荡器的输出幅度，可采用调节负反馈支路的电阻比值，在本任务中应增大还是减小R11的阻值？4、常见的正弦波振荡器有哪些种类？它们的应用频率范围各为多少？任务延伸与拓展教学项目六运算放大器应用电路制作

任务1比例放大电路的原理及安装、调试举例：日常生活中使用放大器引入课题任务引入与分析

相关知识

1、运算放大器的外形与封装一、认识集成运放

2、集成运放的图形符号

3、集成运放的电路组成

图6-5集成运放的电路组成

（1）电路组成：集成运放电路主要由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成（2）其各部分作用如下：输入级通常由能够抑制零漂的差分放大电路组成；中间级由电压放大电路组成；输出级由三极管射级输出器互补电路组成。偏置电路负责为各级放大电路提供合适的静态工作点。3、集成运放的主要参数（1）开环差模电压放大倍数

Avd（2）共模抑制比KCMR（3）差模输入电阻

rid（4）输出电阻ro（5）输出峰-峰值电压

Uopp4、理想集成运放(1)理想集成运放应具备的条件：①开环电压放大倍数Avd

＝∞②输入电阻

rid＝∞③输出电阻

ro

＝０④共模抑制比KCMR＝∞(2)理想集成运放在线性应用时的“虚短”、“虚断”(3)理想集成运放在非线性应用时特点理想集成运放工作在非线性区时只有两种状态：当uP﹥uN时输出为Uo,当uP﹤uN时输出为-Uo。非线性区工作时理想集成运放存在“虚断”，但无“虚短”二、认识比例放大电路1、反相比例运算放大器：

反相比例运算放大器原理图(b)等效电路图反相比例运算放大器的闭环放大倍数只与电路外接电阻有关，而与集成运放本身的参数无关；而且输出电压与输入电压大小成一定比例，极性相反。上述电路完成了对信号的反相比例运算，故而被称为反相比例运算放大器闭环电压放大倍数为

反相比例运算电路有如下特点：(１)由于反相比例运算电路接成“虚地”，即U＋＝U－＝0，它的共模输入电压为零，因此对运放的共模抑制比要求低，这是它的突出优点。(2)输入电阻低，Ri＝R1，所以要求输入信号源有较强的带负载能力。2、同相比例运算放大器：图6-7同相比例运算放大器同相比例运算放大器的闭环放大倍数也是仅取决于外围电路的电阻值，而且输出电压和输入电压相位相同且成一定比例变化，故而称这种电路为同相比例运算放大器。闭环电压放大倍数：同相比例运算电路有如下特点：(１)输入电阻高，可达100MΏ以上。(２)由于U＋＝U－＝ui，即同相比例运算放大电路存在共模输入信号，大小为ui，对集成运算放大电路的共模抑制比要求比较高，这是它的缺点，限制了它的应用场合。1、元器件的选择及安装要求

。2、元器件的检测3、元器件的布局及安装（1）按图6-8设计万能板对照原理图和电路板，在电路上设计一个合理的装配图。（2）安装元器件根据装配图，先将原件脚按电路板安装孔位置成型，然后装入元件。（3）焊接：用5步法焊接元器件各点。（4）剪脚：用斜口钳或剪刀在电路板反面剪脚，注意不要齐根剪平，保留1mm左右的长度。（5）连线：用镀银线或多股铜芯线单根镀锡，对照电路图走线方向焊接。任务实施图6-8反相比例运算电路4、调试与检测【反相比例运算】（1）通电前用万用表检测电源有无短路现象，确认无短路现象后才允许通电。（2）将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。（3）两个2KΩ电阻和1KΩ的电位器RP组成简易信号源。简易信号上加上正负电源。调节RP可以改变A点对地电位的大小，没有做实训之前，先调RP使A点对地电压小一些。（4）将运放的输入端接到A点，调节RP，使Ui按表6-2中的数值要求（要用万用表在路监测），然后用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表6-2中。【同相比例运算】

（1）按图6-9所示的电路正确连线。（2）将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。（3）简易信号上加上下负电源。在没有做实训之前，先调RP使A点对地电压小一些。（4）将运放的输入端接到A点，调节RP，使Ui按表6-2中的数值要求（要用万用表在路监测），然后用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表6-2中图6-9同相比例运算实训电路输入信号Ui(V)+0.1-0.1+0.3-0.3反相比例运算UO(V)测量反相比例运算UO(V)理论同相比例运算UO(V)测量同相比例运算UO(V)理论表6-2反相、同相比例运算测试评价方式采用教师评价、组与组之间评价相结合的模式。总结与回顾自我学习的客观过程。思考一下，在专业知识、专业技能上学到了什么，存在什么问题。任务评价与总结1、为防止电源极性接反引超器件损坏，可以在电路中采取什么措施？2、结合理论计算结果与实际测量结果进行比较进行分析，若存在误差，分析误差产生的可能原因。3、在反相加法器中，如Ui1和Ui2均采用直流信号，并选定Ui2＝－1V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12V)时，计算Ui1的大小不应超过多少伏？任务延伸与拓展

任务2:加、减运算电路的原理及安装、调试集成运算放大器最初是由于模拟计算机的需要而产生，它是集成运放的线性应用。讨论的是模拟信号的加法、减法、积分和微分、对数和反对数（指数）、以及乘法和除法运算。本任务就是要完成一个加、减运算电路的原理及安装、调试任务引入与分析

1、加法运算电路相关知识

uo

＝－（ui１＋ui２＋ui３＋…＋uin）输出电压：输出电压等于输入电压之和，完成了加法运算。上式中的负号表示输出电压与输入电压反相，所以该电路又称为反相加法器

同相比例放大器输出电压：

当R1＝R2=R3＝Rf

时uo

＝ui2－ui1电路完成了减法功能。反相加法器电路

1、元器件的识别与检测。2、元器件的布局设计与安装根据装配图，先将原件脚按电路板安装孔位置成型，然后装入元件。（1）焊接：用5步法焊接元器件各点。（2）剪脚：用斜口钳或剪刀在电路板反面剪脚，注意不要齐根剪平，保留1mm左右的长度（

3）连线：用镀银线或多股铜芯线单根镀锡，对照电路图走线方向焊接任务实施4、调试与检测反相加法器电路（1）按图6-11所示的反相加法电路正确连线。（2）将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，注意7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。（3）两个2KΩ、2.4KΩ电阻、两1KΩ的电位器RP1和RP2组成两路简易信号源。简易信号上加上下负电源。调节RP1可以改变A点对地电位的大小，调节RP2可以改变B点对地电位的大小没有做实训之前，先使A、B点对地电压小一些。（4）将运放的输入端Ui1接到A点，Ui2接B点，分别调节RP1、RP2，使输入信号按表1中的数值要求（要用万用表分别在路监测），然后再用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表6-4中。（5）根据理论，计算出表6-4中的理论结果。填入表中。图6-12反相加法器电路

测量数据Ui1（V）+0.1+0.2-0.3Ui2（V）+0.2-0.4+0.1Uo（V）理论计算数据Uo′（V）表6-4反相加法运算减法运算电路

1、元器件的识别与检测。2、元器件的布局设计与安装根据装配图，先将原件脚按电路板安装孔位置成型，然后装入元件。（1）焊接：用5步法焊接元器件各点。（2）剪脚：用斜口钳或剪刀在电路板反面剪脚，注意不要齐根剪平，保留1mm左右的长度（

3）连线：用镀银线或多股铜芯线单根镀锡，对照电路图走线方向焊接4、调试与检测减法运算电路（1）按图6-13所示的减法电路正确连线。（2）注意集成电路电源的连接。不能接错。（3）分别调节RP1、RP2先使A、B两点对地电压小一些。（4）将运放的输入端Ui1接到A点，Ui2接B点，分别调节RP1、RP2，使输入信号按表1-5中的数值要求（要用万用表分别在路监测），然后再用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表6-5中。（5）根据理论，计算出表6-5中的理论结果。填入表中。图6-13减法器电路测量数据Ui1（V）+0.1-0.2-0.3Ui2（V）+0.3-0.4+0.1Uo（V）理论计算数据Uo′（V）表6-5减法运算评价方式采用教师评价、组与组之间评价相结合的模式。总结与回顾自我学习的客观过程。在电路装配与调试的过程中需要注意的问题是什么，有什么好收获。任务评价与总结任务3滞回电压比较器的原理及安装、调试

电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。本任务就是要完成运算放大器比较典型的非线性应用单元电路：滞回