《电子技术项目化教程》课件 项目三 温度控制器的制作与调试

项目三

温度控制器的制作与调试任务二

组装与调试温度控制器任务一

认识与检测集成运算放大器02温度控制器的制作与调试01任务一

认识与检测集成运算放大器任务评价任务总结虚拟仿真实践操作任务目标原理探究12456837任务引入任务拓展熟悉集成运放的组成及各部分的作用；认识集成运放的符号；并理解理想集成运放的特点。任务目标党的二十大报告中提出“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力”。早在20世纪80年代，华为就开始在通信领域进行创新和研发，1998年推出的第一款海思K3V1芯片，标志着华为芯片在通信领域的首次突破。随着华为的快速发展，华为加强了与高校和科研机构的合作，建立了自己的芯片研发团队，自主研发能力显著提升。例如，在5G通信领域，华为率先推出了自主研发的5G基带芯片—巴龙5000。该芯片具有高集成度、低功耗、高速率等优势，可以适配不同的5G频段和制式。任务引入原理探究3.1.1集成运算放大器的基本组成3.1.2集成运放的图形符号、引脚排列及特点3.1.3集成运放的主要技术指标3.1.4集成运放的理想化条件及传输特性3.1.5集成运算放大器的使用3.1.1集成运算放大器的基本组成从分立元器件电路到集成电路LM358

集成电路（IntegratedCircuit，IC）又称为芯片（Chip），是一种将一个电路所包含的三极管和其他必要的元器件全部集合在一块半导体晶片上，并封装在同一个“外套”中的元器件。如果有需要，任何一个电路都可以被封装成一个集成电路。3.1.1集成运算放大器的基本组成集成电路的常见封装形式

集成电路最主要的优点是体积小，像LM358的尺寸只有9.2mm（长）×6.4mm（宽）×6.7mm（高），这比起用分立元器件做成的电路的体积小得多。3.1.1集成运算放大器的基本组成集成运算放大器简称为集成运放，它实质上是用集成电路工艺制成的具有高增益、高输入电阻、低输出电阻的一个多级直接耦合放大器。集成运放是模拟电子技术领域中的核心器件。包含四个基本组成部分：输入级、中间级、输出级、偏置电路。3.1.1集成运算放大器的基本组成运放输入级采用差分放大电路，利用其对称特性提高整个电路的共模抑制比和电路性能。运放的中间级一般由多级放大电路组成。用来提高电路电压增益。运放的输出级通常由互补电压跟随器构成，用来降低输出电阻，提高运放的负载能力。

偏置电路的主要作用是向各级提供合适的偏置电流。以保证各级放大电路具有合适的静态工作点。差分输入级中间放大级输出级偏置电路3.1.1集成运算放大器的基本组成3.1.2集成运放的图形符号、引脚排列及特点说明：有两个输入端，即反相输入端和同相输入端，分别用“—”、“十”表示，有一个输出端。输出电压与反相输入端输入电压相位相反，而与同相输入端输入电压的相位相同。3.1.2集成运放的图形符号、引脚排列及特点（a）国家标准符号（b）习惯通用符号A反相输入端同相输入端输出端3.1.2集成运放的图形符号、引脚排列及特点扁平式圆壳式单列直插式双列直插式3.1.2集成运放的图形符号、引脚排列及特点倒角凹坑散热板1716单列直插型集成电路的识别标记，有的用倒角，有的用凹坑。这类集成电路引脚的排列方式也是从标记开始，从左向右依次为1、2、3……圆形结构的集成电路引脚排列方式为：从识别标记开始，沿顺时针方向依次为l、2、3……。标记标记18714

扁平型封装的集成电路多为双列型，一般在端面一侧有一个类似引脚的小金属片，或者在封装表面上有一色标或凹口作为标记。其引脚排列方式是：从标记开始，沿逆时针方向依次为1、2、3……。3.1.2集成运放的图形符号、引脚排列及特点

把两个甚至多个运放制作在同一芯片上,这种高密度封装，不仅缩小体积，更重要的是在同一芯段上同时制作多个运放，温度变化一致，电路一致性好。双运放LF353引脚排列四运放LM324引脚排列3.1.2集成运放的图形符号、引脚排列及特点3.1.3集成运放的主要技术指标3.1.3集成运放的主要技术指标①电源电压范围

不同型号的集成运放所能承受的工作电压范围不尽相同。在给集成运放供电时，最好低于其极限供电电压值，确保其安全可靠地工作。此外还要根据电路是双电源（正、负电源）供电还是单电源供电来选择集成运放，因为大部分集成运放必须采用双电源供电，而有些集成运放则采用两种供电方式均可，如LM358、LM324等。②开环差模电压放大倍数AodAod是指开环时，集成运放的输出电压与输入差模电压之比。3.1.3集成运放的主要技术指标3.1.3集成运放的主要技术指标③输入电压范围UimUim是指加在集成运放反相输入端或同相输入端的信号的电压范围。④开环差模输入电阻RidRid是指在开环的情况下，集成运放两个输入端之间的等效电阻。⑤开环差模输出电阻RodRod是指在开环的情况下，从集成运放输出端看进出的等效电阻。⑥共模抑制比KCMRKCMR是指集成运放的开环差模电压放大倍数Aod与开环共模电压放大倍数Aoc之比的绝对值，反映了集成运放对共模信号的抑制能力，数值越大代表能力越强。⑦开环频带宽度BWBW是指集成运放的开环差模电压放大倍数Aod下降3dB时所对应的信号频率范围。3.1.4集成运放的理想化条件及传输特性

1.理想集成运放及其分析方法（1）理想运算放大器理想运算放大器满足以下各项技术指标：1）开环差模电压放大倍数；2）输入电阻；3）输出电阻；4）共模抑制比；5）失调电压、失调电流及它们的温漂均为0；6）带宽。在实际操作中，将集成运放理想化，按理想运放进行分析计算，其结果十分符合实际情况，对一股工程计算来说都可满足要求。3.1.4集成运放的理想化条件及传输特性（2）集成运放的线性区与非线性区1）线性区–UOmuOu+-u-O实际特性非线性区非线性区线性区+UOm3.1.4集成运放的理想化条件及传输特性输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系①理想运放的净输入电压等于零“虚短”为具体数值②理想运放的输入电流等于零。由于Rid=∞，两个输入端均没有电流，即“虚断”电路处于开环状态或加有正反馈时，工作于非线性区。在非线性区，输出电压不再随输入电压线性增长，而将达到饱和在非线性区有如下关系：–UOmuOu+-u-O实际特性非线性区非线性区线性区+UOm3.1.4集成运放的理想化条件及传输特性由于集成运放差模输入电阻很大，在非线性应用时，输入电流为零，仍有“虚断”的特征。2）非线性区当集成运放工作在开环状态时，只要有差模信号输入，集成运放都将进入非线性区，其输出电压立即达到正向饱和电压或负向饱和电压理想运放工作在非线性区时，有以下两条结论：①②输入电流为零，“虚断”在非线性区仍然成立。

2.集成运放理想化条件在低频情况下使用和分析集成运放电路时，可以近似地把它看成理想集成运算放大器。3.电压传输特性电压传输特性是输出电压与输入电压（同相输入端与反相输入端之间电压差值）的关系曲线，函数式为3.1.4集成运放的理想化条件及传输特性3.1.5集成运算放大器的使用1.集成运算放大器的选择在没有特殊要求的场合，尽量选用通用型集成运算放大器，当一个系统中使用多个集成运算放大器时，尽可能选用多运算放大器集成电路。2.集成运算放大器参数的测试μA741的引脚排列

估测运算放大器的放大能力3.1.5集成运算放大器的使用3.集成运算放大器使用注意事项（1）集成运算放大器的电源供给方式1）对称双电源供电方式。多采用这种方式供电。正电源（+E）与负电源（-E）分别接于运放的+VCC和-VEE引脚上，可把信号源直接接到运算放大器的输入脚上，而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。2）单电源供电方式。将-VEE引脚连接到接地端上，在输入端要加入一直流电位。静态时，输出电压近似为Vcc/2，为了隔离掉输出中的直流成分要接入电容。3.1.5集成运算放大器的使用（2）集成运算放大器的调零问题受输入失调电压和输入失调电流的影响，当集成运放组成的线性电路输入信号为零时，输出往往不等于零。常用的调零方法有内部调零和外部调零。内部调零电路3.1.5集成运算放大器的使用外部调零电路（3）集成运算放大器的自激振荡问题运算放大器在接成深度负反馈条件下，很容易产生自激振荡，使放大器的工作不稳定。为了消除自激振荡，有些集成运放内部已设置了消除自激的补偿网络，有些则引出消振端子，采用外接一定的频率补偿网络进行消振，如接RC补偿网络。（4）集成运算放大器的保护问题集成运放在使用中常因以下3个原因被损坏：输入信号过大，使PN结击穿；电源电压极性接反或过高；输出端直接接“地”或接电源，因输出级功耗过大而被损坏。3.1.5集成运算放大器的使用（4）集成运算放大器的保护问题3.1.5集成运算放大器的使用（b）防止共模电压过大的保护电路（a）防止输入差模电压过大的保护电路2）输出端保护电路1）输入端保护电路（a）双向击穿稳压二极管接在电路的输出端（b）双向击穿稳压二极管接在反馈回路中（4）集成运算放大器的保护问题3.1.5集成运算放大器的使用3）电源端保护电路：为防止正负电源接反，可利用二极管的单向导电性，在电源端串接二极管来实现保护。电源端保护电路图为F007仿真模型。

虚拟仿真仿真步骤：（1）熟练运用仿真软件，熟悉集成运放的型号及引脚。（2）能仿真测量集成运放各引脚之间有无短路。实践操作（1）查阅资料，识读集成运放的型号及引脚，填写表3-1。表3-1

集成运放的引脚号和引脚功能型

号引脚号与引脚功能μA741

F007

CF747AMJ

CF224AL（2）画出CF747AMJ的引脚排列示意图。（3）画出F007的外部接线示意图，完成图3-6所示的绘制，标出引脚号。（4）选择μA741，采用万用表电阻挡测量其他引脚相对于接地引脚的正、反向电阻值。首先确定接地引脚号，然后根据要求将测得的阻值填入表3-2中。表3-2

μA741的各引脚对地正、反向电阻值

单位：Ω测

量

项

目1脚2脚3脚4脚5脚6脚7脚8脚正向电阻值

反向电阻值

任务评价项

目内

容分

值考

核

要

求扣

分

标

准得

分态度1．操作的积极性2．遵守安全操作规程3．纪律及卫生情况30积极参加实训，遵守安全操作规程和劳动纪律，有良好的职业道德和团队精神不遵守安全操作规程扣30分，其余酌情扣分

集成运放的识别1．型号识读2．引脚号辨别3．引脚功能的确定30查阅资料，能识别所给集成运放的型号和引脚，明确引脚功能每错一处扣5～10分

集成运放的检测1．电源脚判别2．两输入端的判别3．输出端判别4．输入、输出脚判别5．逻辑功能验证40能正确使用万用表；能正确识读引脚及功能判断和验证，每错一处扣2～10分

合计：100得分：注：每项配分扣完为止。任务总结任务拓展1.画出集成运算放大器的组成框图，并简单说明各部分的作用。2.集成运放的理想化参数有哪些？3.集成运放工作在线性区时，如何理解其两个重要的特点？任务二

组装与调试温度控制器任务一

认识与检测集成运算放大器02温度控制器的制作与调试01任务二

组装与调试温度控制器任务评价任务总结虚拟仿真实践操作任务目标原理探究12456837任务引入任务拓展熟悉集成运放的线性应用与非线性应用；了解温度控制器的原理；掌握温度控制器的制作方法；能对电路中的故障进行检测；具备组装和调试电子电路的能力。任务目标目前全世界的空调近80%是在中国生产的，其中以格力空调使用量最大。早在2011年，格力就提出了“让天空更蓝，大地更绿”的口号，现在更是让世界爱上“中国造”。温度控制器是对空调房间的温度进行控制的开关设备，是集成运放的应用之一。任务引入原理探究3.2.1集成运放的线性应用——运算电路3.2.2集成运放的非线性应用——电压比较器3.2.1集成运放的线性应用——运算电路-比例运算电路3.2.1集成运放的线性应用-运算电路（1）运放线性应用的条件及特性1）运放的电压传输特性y=kx（u+-u-）uo3.2.1集成运放的线性应用-运算电路1）运放的电压传输特性运放的开环电压传输特性运放的电压传输特性曲线分为三段，可归纳为运放的两种工作区。①线性工作区：也称为放大区，即中间的斜线段，满足-Uom<uo<+Uom

。此区中运放的输出电压uo与输入电压uid呈正向线性比例关系：由于运放的开环差模电压放大倍数Aod很大，微小的输入电压就可能使uo达到极限值，因此开环时运放的线性工作区范围是很窄的。3.2.1集成运放的线性应用-运算电路1）运放的电压传输特性运放的开环电压传输特性运放的电压传输特性曲线分为三段，可归纳为运放的两种工作区。②非线性工作区：也称为饱和区，即两侧的横线段。此区中运放的输出电压uo

取值只有两种可能+Uom或-Uom，并且满足：3.2.1集成运放的线性应用-运算电路2）运放的线性应用条件把运放接成负反馈组态是运放线性应用的必要条件。运放接成负反馈组态负反馈网络连接了运放的输出端与反相输入端3.2.1集成运放的线性应用-运算电路（3）运放线性应用时的特性在低频应用时，实际运放可视为理想运放。理想运放在深度负反馈时有以下特性。①闭环放大倍数Af主要由反馈系数决定。③串联负反馈电路Rid→∞，并联负反馈电路Rid→0，电压负反馈电路Rod→0，电流负反馈电路Rod→∞。②净输入信号为0，存在虚断和虚断的特性。3.2.1集成运放的线性应用-运算电路（2）反向输入放大电路1）电路的组成反相放大器电压并联负反馈平衡电阻3.2.1集成运放的线性应用-运算电路2）电路的分析反相放大器反相输入放大电路闭环电压放大倍数Auf的大小由Rf与R1的比值决定，因此改变Rf与R1的比值可以改变电路电压放大倍数Auf的大小。“—”号表示输出电压与输入电压反相。3.2.1集成运放的线性应用-运算电路3）电路的特点反相放大器虚地Ri=R1Ro=03.2.1集成运放的线性应用-运算电路1）电路的组成同相放大器电压串联负反馈（2）同向输入放大电路3.2.1集成运放的线性应用-运算电路2）电路的分析同相放大器同相输入放大电路闭环电压放大倍数Auf的大小也与Rf与R1的比值有关。与反相放大器不同的是，Auf的值是一个正数，表示输出电压与输入电压同相。3.2.1集成运放的线性应用-运算电路3）电压跟随器电压跟随器电压跟随器的电压放大倍数等于1，这与射极跟随器（共集电路）类似，但其负反馈程度更深，因而跟随性能更好，抗干扰性能更强。（a）R1开路时（b）R1开路且Rf短路时3.2.1集成运放的线性应用-运算电路同相放大器（4）电路的特点Ri→∞Ro=03.2.1集成运放的线性应用-运算电路3.2.1集成运放的线性应用——运算电路-加法运算电路（1）反向加法放大器1）电路的组成两输入反相加法放大器3.2.1集成运放的线性应用-运算电路2）电路的分析两输入反相加法放大器当取R1=R2=R时当取R=Rf时当Rf/R=1/n时3.2.1集成运放的线性应用-运算电路例：反相加法放大器如图所示，R1=R2=10kΩ、Rf=20kΩ、ui1=1V、ui2=2V，试计算输出电压uo。两输入反相加法放大器3.2.1集成运放的线性应用-运算电路3）电路的特点反相加法放大器的电压放大倍数由外围电阻的参数决定，而与运放本身的参数无关。因此，只要外加电阻足够精确，就可以保证加法运算的精度和稳定性，而且改变其中某一输入支路的电阻值，只会改变该支路输出电压与输入电压间的比例关系，对其他支路的输出电压与输入电压之间的比例关系没有影响，因此电路调节平衡很方便。由于采用了电压并联负反馈，电路具有输入电阻小、输出电阻小的特点。反相加法放大器调整比较方便，在对输入电阻要求不高、对共模输入电压范围要求较大的场合得到了较广泛的应用。3.2.1集成运放的线性应用-运算电路（1）同向加法放大器1）电路的组成两输入同相加法放大器3.2.1集成运放的线性应用-运算电路2）电路的分析两输入同相加法放大器设ui2单独作用，ui1=0二者相叠加，可得应用叠加定理进行分析：设ui1单独作用，ui2=0当取R1=R2、R3=Rf时，上式可简化为3）电路的特点同相加法放大器的参数选取比较复杂，需要反复调整才能确定电压放大倍数，因此在实际工作中一般很少使用。为了实现同相加法放大，常使用两级反相加法放大器级联的方法。3.2.1集成运放的线性应用-运算电路3.2.1集成运放的线性应用——运算电路-减法运算电路（1）电路组成减法放大器3.2.1集成运放的线性应用-运算电路（2）电路的分析减法放大器当取R1=R2和Rf=R3时，上式变为

（3）电路特点减法放大器的输出电压与输入电压的差值（ui1-ui2）成正比，对共模信号有抑制作用，差模输入电阻不大，因此工作性能比由晶体管构成的差分放大器要稳定和可靠得多。3.2.1集成运放的线性应用——运算电路-积分与微分运算电路（1）积分运算电路在反相比例运算电路中，将反馈电用电容C代替，就成了积分运算电路。利用“虚短”、“虚断”特性可列出

若C上起始电压为零，则3.2.1集成运放的线性应用-运算电路（2）微分运算电路利用“虚短”、“虚断”特性，可得RC为微分时间常数，值越大，微分作用越强；反之，微分作用越弱。3.2.1集成运放的线性应用-运算电路3.2.1集成运放的线性应用——运算电路-积分与微分运算电路3.2.2集成运放的非线性应用——电压比较器（1）集成运放非线性应用的条件和特点1）理想运放的输出电压。理想运放的输出电压只有两种可能：当时，；当时，。即输出电压不是正向饱和电压，就是负向饱和电压

。2）理想运放的输入电流。理想运放两个输入端的输入电流等于零，仍有“虚断”特性。3.2.2集成运放的非线性应用-电压比较器（2）电压比较器1）单值电压比较器（a）反相输入电路图

（b）电压传输特性

（c）同相输入单值比较器实用电路单值电压比较器及传输特性将比较器输出电压发生跳变时所对应的输入电压值称为阈值电压或门限电压。3.2.2集成运放的非线性应用-电压比较器（2）电压比较器2）迟滞比较器（b）电压传输特性迟滞比较器有两个不同的门限电压，分别称为上限门限电压，用表示；下限门限电压，用表示。它们的差值称为门限宽度，又称回差电压或迟滞宽度，用表示，即3.2.2集成运放的非线性应用-电压比较器（a）电路图（3）窗口比较器当

时，，VD1、VD2均截止，

。3.2.2集成运放的非线性应用-电压比较器（b）电压传输特性曲线（a）原理图当时，运放A1输出，A2输出，VD1导通，VD2截止，当，VZ反向击穿，

。当时，运放A1输出，A2输出，VD1截止，VD2导通，当

，VZ反向击穿，

。图为温度控制器仿真电路图

虚拟仿真仿真步骤：（1）规范绘制温度控制器仿真电路图。（2）设计开机温度，运行检测开机基准电压。（3）设计关机温度，运行检测关机基准电压。实践操作（1）检测元器件。（2）装配电路。电路板的装配应遵循“先低后高、先内后外”的原则，将电路所用元器件正确