单元3集成运放及其应用3

输配电网络和输配电设备电气工程系孙士英1/15/2025单元三集成运放及其应用任务1信号运算电路的装配与调试任务2正弦波信号发生器的装配与调试任务3矩形波—三角波发生器的装配与调试学习流程与活动1/15/2025任务1信号运算电路的装配与调试1/15/2025任务一引导问题1：你知道什么是集成运算放大器？引导问题2：什么是虚地和虚短？引导问题3：集成运放工作在线性区和非线性区各有什么特点？引导问题4：反相比例和同相比例运算电路有何特点？任务二引导问题1：什么是正弦波振荡器？引导问题2：正弦波振荡电路有几部分组成？引导问题3：集成运放构成的正弦波振荡电路中各元件有何作用？1/15/2025电能的传输与分配过程

工厂所需电能是有发电厂生产的，但发电厂往往建在能源基地附近，远离负荷中心，这就引起了大容量、远距离输送电力的问题。当电流在线路中流过时，会造成电压降落、功率损耗。为了减少这些损耗，发电厂出的电力一般要经过发电厂内的升压变压器升压后输送，然后再经降压变压器降压分配到用户，如图1-1所示。由于电能的生产、输送、分配及使用过程，几乎是在同一瞬间完成的，所以为了提高供电的可靠性及经济性，任务导入1/15/2025通常把分散在各地区的发电厂及用户通过电力网联结起来组成高电压，大电流的电力系统进行集中管理，统一调度和分配电力。本任务将学习电力系的组成及概念1/15/20251/15/2025一、基本概念相关知识从图1-1中，可了解到电力系统的基本概念。电力系统。由发电、送电、变电、配电及用电组成的统一体，称为电力系统。电力网。电力系统中各种电压等级的输配电线路及其联系的变电所组成的部分，及电力系统中除发电厂及电力用户以外的中间环节，称为电力网。动力系统。电力系统加上发电厂的动力部分（如锅炉、汽轮机、核反应堆、水库、水轮机及热力装置等）所构成的整体称为动力系统。1/15/2025二、电力系统的组成1.发电厂发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源（如水力、煤炭、石油、天然气、风力、地热、太阳能和核能等）转换为电能（二次能源）的特殊工厂。按其所用一次能源形式不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电场、风力发电场、潮汐发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等；按其规模和供电范围又可分为区域性发电厂、地方性发电厂和自备发电厂等。1/15/2025（1）火力发电厂

火力发电厂简称火电厂，他是将煤、石油、天然气等燃料储存的化学能转换为电能的电厂。如图1-2所示，为一火力发电厂外貌。火力发电厂生产过程为：燃料在锅炉中燃烧释放出热能将水加热变成具有一定压力及温度的蒸汽，蒸汽由推动汽轮机旋转，将热能转化为机械能，带动同轴的发电机，将机械能转换为电能。迄今为止，世界上大多数国家的电能都是又火力发电厂提供的。火力发电厂可分为凝气式电厂（仅向用户供电，一般建在燃料基地附近，1/15/2025又称为坑口电厂或区域电厂）和热电厂（不仅向用户供电，还向用户供蒸汽和热水，一般建在城市或用户附近）。目前，我国火力发电厂一般是以煤炭为燃料的凝汽式发电厂为主。1/15/2025

图1-2火力发电厂1/15/2025图1-2火力发电厂1/15/2025（2）水力发电厂

水力发电厂简称水电厂，它是将江河水从上游到下游时形成的重力势能，转换为电能的电厂。如图1-3所示为水力发电厂生产过程示意图。河水冲动水轮机旋转，将水的势能转化为机械能，然后又带动同轴的发电机发电，将机械能转化为电能。1/15/2025基本运算电路当R1=Rf时，Auf=-1反相器反相器：反相器1/15/2025基本运算电路2.同相比例运算因虚断，所以u+=ui

（1）电路组成（2）电压放大倍数uoRFuiR2R1++––++

–

因虚短，所以

u–=ui，反相输入端“虚地”不存在

因要求静态时N、P对地电阻相同，所以输入电阻R2=R1//RFu+u–1/15/2025基本运算电路当R1=

，Rf=0时，Auf=1跟随器跟随器：同相器1/15/2025准备所需仪表、工具：常用电子组装工具一套、双通道示波器一台、直流稳压电源（正、负双电源）一台、低频信号发生器一台、万用表一只。所需电子元器件及材料见表3—1。

任务准备1．对电路中使用的元器件进行检测与筛选。2．按照装配电路原理图装配电路。装配工艺要求：（1）电阻器均采用水平安装，要求贴紧电路板，电阻器的色环方向应一致。（2）集成运放采用垂直安装，底部贴紧电路板，注意管脚应正确。（3）布线正确，焊点合格，无漏焊、虚焊、短路现象。任务实施3．装配完成后应首先进行自检，正确无误后才能进行调试。（1）焊接检查焊接结束后，首先检查电路有无漏焊、错焊、虚焊等问题。检查时可用尖嘴钳或镊子将每个元件拉一拉，看有无松动，如果发现有松动现象，应重新焊接。（2）元器件检查检查集成运放管脚有无接错，用万用表欧姆档检查管脚有无短路、开路等问题。（3）接线检查对照装配电路原理图检查接线是否正确，有无接错、是否有碰线、短路现象。应重点检查集成运放输出端、电源端和接地端，这几个端子之间不能短路，否则将损坏器件和电源。发现问题应及时纠正。任务实施3．电路调试（1）经上述检查确认没有错误后，将稳压电源输出的正、负12V直流电源与电路的正、负电源端相连接，并认真检查，确保直流电源正确、可靠地接入电路，然后接通直流电源。（2）将低频信号发生器“频率”调为100HZ，输出信号电压调为50mV，输入至测试电路的输入端。（3）将双通道示波器Y轴输入分别与测试电路的输入、输出端连接，接通示波器电源，调整示波器使输入、输出电压波形稳定显示（1—3个周期）。任务实施（4）读取输入、输出电压波形的峰—峰值，计算电压放大倍数。将结果填入表3—2中。

（5）分别观察电压跟随器、同比例运算电路、反向比例运算电路和反相器的输出波形，观察输入、输出波形的相位变化。任务实施问题及防治一般情况下，试结果均与理论估算值接近，误差很小。若测试结果与理论估算值产生较大误差，则其原因主要有：（1）集成运放的特性与理论值相差较多，主要是集成运放的开环增益不高，使实测输出电压值偏小。另外，共模抑制比比较低，也会引起同相运算电路的输出产生误差。（2）运算电路外接元件的标称值与实际值有误差。（3）调零没有调好或调零电位器发生变动。（4）电路接错或测量点接错，电压表换挡误差或读数错误，电压表内阻较低等。（5）输入信号过大，集成运放工作在非线性状态。任务2正弦波信号发生器的装配与调试1/15/2025本任务主要介绍振荡的基本概念，RC串并联电路的选频特性，RC桥式正弦波振荡电路的组成及工作原理，RC桥式正弦波振荡电路的装配与调试方法，并能独立排除调试过程中出现的故障。任务描述任务分析本任务要求根据电路原理图，按工艺要求装配与调试电路，通过RC桥式正弦波振荡电路的装配与调试，掌握振荡电路的特点，起振条件，元件参数对电路性能的影响。装配电路的原理图1/15/2025引导问题1：什么是正弦波振荡器？引导问题2：正弦波振荡电路的组成原则？引导问题3：集成运放构成的正弦波振荡电路中各元件有何作用？引导问题1/15/2025正弦波振荡电路正弦波振荡的概念正弦波振荡电路的组成原则放大电路在没有输入信号时，接通电源就有稳定的正弦波信号输出，这种电路称为正弦波振荡电路。（1）放大电路放大电路是维持振荡电路连续工作的主要环节，没有放大，不可能产生持续的振荡。要求放大电路必须有能量供给，结构合理，静态工作点合适，具有放大的作用。1/15/2025正弦波振荡电路正弦波振荡电路的组成原则（2）反馈网络反馈网络的作用是形成反馈（主要是正反馈）信号，为放大电路提供维持振荡的输入信号，是振荡电路维持振荡的主要环节。（3）选频网络选频网络的主要作用是保证电路能产生单一频率的振荡信号，一般情况下这个频率就是振荡电路的振荡频率。在很多振荡电路中，选频网络和反馈网络结合在一起。（4）稳幅电路稳幅电路的作用主要是使振荡信号幅值稳定，以达到稳幅振荡。1/15/2025准备所需仪表、工具：常用电子组装工具一套、双通道示波器一台、直流稳压电源（正、负双电源）一台、交流毫伏表一只、万用表一只。所需电子元器件及材料见表3—5。任务准备1．对电路中使用的元器件进行检测与筛选。2．按照装配电路原理图装配电路。装配工艺要求：（1）电阻器均采用水平安装，要求贴紧电路板，电阻器的色环方向应一致。（2）集成运放采用垂直安装，底部贴紧电路板，注意管脚应正确。（3）布线正确，焊点合格，无漏焊、虚焊、短路现象。任务实施3．装配完成后应首先进行自检，正确无误后才能进行调试。（1）焊接检查焊接结束后，首先检查电路有无漏焊、错焊、虚焊等问题。检查时可用尖嘴钳或镊子将每个元件拉一拉，看有无松动，如果发现有松动现象，应重新焊接。（2）元器件检查检查集成运放管脚有无接错，用万用表欧姆档检查管脚有无短路、开路等问题。（3）接线检查对照装配电路原理图检查接线是否正确，有无接错、是否有碰线、短路现象。应重点检查集成运放输出端、电源端和接地端，这几个端子之间不能短路，否则将损坏器件和电源。发现问题应及时纠正。任务实施3．电路调试（1）经上述检查确认没有错误后，将稳压电源输出的正、负12V直流电源与电路的正、负电源端相连接，并认真检查，确保直流电源正确、可靠地接入电路。（2）接通±12V电源，调节电位器Rw，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真。描绘uo的波形，记下临界起振、及正弦波输出失真情况下Rw值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。（3）调节电位器Rw，使输出电压uo幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压Uo，反馈电压U+和U-，分析研究振荡的幅值条件。任务实施（4）用示波器测量振荡频率f0，然后在选频网络的两个电阻R上并联同一阻值电阻，观察记录振荡频率的变化情况，并与理论值进行比较。（5）断开二极管V1、V2，重复（3）的内容，将测试结果与（3）进行比较，分析V1、V2的稳幅作用。任务实施问题及防治1．调试中若无振荡信号输出，可检查直流电源是否可靠接入，RC选频电路接入是否正确，集成运放是否完好等，或负反馈太强，应适当加大RF进行故障排除。2．调试中若波形失真严重，则应适当减小RF。任务3矩形波—三角波发生器的装配与调试1/15/2025引导问题1：矩形波和三角波发生器的作用？引导问题2：集成运放构成的矩形波和三角波发生器电路中各元件有何作用？引导问题1/15/2025本任务主要介绍电压比较器、具有滞迴特性的电压比较器工作原理及特点，矩形波—三角波发生器的组成及工作原理分析。矩形波—三角波发生器的组装与调试方法，并能独立排除调试过程中出现的故障。任务描述任务分析本任务要求根据电路原理图，按工艺要求装配与调试电路，通过矩形波—三角波发生器的装配与调试，掌握矩形波—三角波发生器的特点，各元件的作用、元件参数对电路性能的影响。1/15/2025

矩形波和三角波发生器分别是产生矩形波和三角波信号的电路，是一个信号源。矩形波和三角波信号在计算机和制动控制系统中广泛使用。矩形波—三角波发生器的作用矩形波—三角波发生器矩形波—三角波发生器电路组成及工作原理1/15/2025矩形波—三角波发生器的振荡周期矩形波—三角波发生器矩形波—三角波发生器电路组成及工作原理改变R4与R2的比值或R5C充放电电路的时间常数，就可改变输出电压的频率。此外，改变积分电路的输入电压值也可以改变输出电压的频率。

1/15/2025准备所需仪表、工具：常用电子组装工具一套、双通道示波器一台、直流稳压电源（正、负双电源）一台、交流毫伏表一只、万用表一只。所需电子元器件及材料见表3—7。任务准备1．对电路中使用的元器件进行检测与筛选。2．按照装配电路原理图装配电路。装配工艺要求：（1）电阻器均采用水平安装，要求贴紧电路板，电阻器的色环方向应一致。（2）集成运放采用垂直安装，底部贴紧电路板，注意管脚应正确。（3）