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模拟电路制作与调试项目教程课件


书名:模拟电路制作与调试项目教程 ISBN: 978-7-111-37768-9 作者:刘婷婷 出版社:机械工业出版社 本书配有电子课件

模拟电路制作与调试项目教程

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模拟电路制作与调试项目教程

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目 录
学习目标
项目要求 项目引导

知识链接 制作调试 项目验收
模拟电路制作与调试项目教程 高职高专 ppt 课件

学习目标
知识目标

了解声光控节能灯的工作原理,能识别、 检测电路中的元器件,掌握集成运放的工作原 理,会进行电路制作与调试。
能力目标

会筛选常用电子元器件。 会检测集成运放的性能指标。 能完成声光控节能灯电路的制作与调试。
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项目要求
制作声光控节能灯要求如下:
1、白天或光线较亮的时候,节能灯不能点亮。
2、当天黑或光线较暗时,如果有声音响起,节能

灯就会自动感应点亮。

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项目引导
(1)小组制订工作计划。 (2)完成电路原理设计图。 (3)画PCB布线图。 (4)填领料单领取元器件。 (5)检测元器件,完成检测报告。 (6)根据布线图制作电路。 (7)电路功能检测与故障排除。 (8)产品展示 & 项目汇报。
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+ C4 100uF

R1 10K

C1 104

R15 510 3

VS 10V 4

+

C3 470uF

VT

R11 160K 10 + R12 160K VD1 1N4148 9 8

R13 50K

VD3 1N4007

E

+ 2 R2 100K R3 27K B

1 R10 820K

VD4-VD7 1N4007×4

220V

R4 200K

RP 500K C2 104

LM324 VD 2N6565 R14 10K

R5 100K

5 + 6 R6 27K

7 R8 510 R7 820K VD2 1N4148 R9 3.3M

14 13 + 12 11 + C4 10uF

声光控节能灯电路图
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任务一 分析电路工作原理
[子任务1] 识别元器件符号

[子任务2] 分析电路工作原理 [子任务3] 绘制电路原理图 [子任务4] 绘制PCB焊接草图

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子任务1 识别元器件符号

元件符号

元件名称

元件作用

元件特点

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稳压 电路

滤波 电路

半波 整流

+ C4 100uF

R1 10K

C1 104

R15 510 3

VS 10V 4

+

C3 470uF

VT

R11 160K 10 + R12 160K VD1 1N4148 9 8

R13 50K

VD3 1N4007

E

+ 2 R2 100K R3 27K B

1 R10 820K

VD4-VD7 1N4007×4

220V

R4 200K

RP 500K C2 104

LM324 VD 2N6565 R14 10K

R5 100K

5 + 6 R6 27K

7 R8 510 R7 820K VD2 1N4148 R9 3.3M

14 13 + 12 11 + C4 10uF

对拾音器进 来的信号进 行两级同相 放大

由运放组成的比 较放大器,实现 电路的光电控制。

比较放大电路, 在无光有声时驱 动晶闸管工作。
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桥式整流 电路
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电路原理分析
声光控延时开关的电路原理图如图所示。电路中 的主要元器件是集成运放LM324,电路结构简单,工 作可靠性高。 电路功能是:将声音信号处理后,变为电子开关 的开动作。依据主要元器件将电路划分为以下几个主 要单元。
1.电源电路:VD3~VD6、R13、VS、C3构成电源电路。由 VD3~VD6组成桥式整流,再经过C3滤波,最后经过稳压管VS 稳压,给控制电路提供10V直流电压。 2.控制电路:由集成运放LM324等元件组成。 3.声电转换器:MIC将声音转换成电信号、光敏电阻RL受光 线控制改变其阻值的大小(光强电阻变小)。 4.延时电路:C4、R9组成亮灯延时电路,时间常数=R9×C4。

想一想 议一议

1.电路中的MIC的作用是什么 ? 2.电路中的LM324的作用是什么? 3.电路中C1、C2的作用各是什么? 4.光敏电阻器RL的作用是什么? 5.电容器C3、C4的作用各是什么? 6.运算放大器的电压放大倍数与 哪些参数有关? 7.可控硅SCR在本电路中的作用是 什么?

任务2 识别并检测元器件

[子任务1] 识别元器件符号

[子任务2] 识别元器件
[子任务1] 检测元器件

驻极体话筒的识别与检测
驻极体话筒属于电容式话筒的一种,声 电转换的关键元件是驻极体振动膜。当 声波输入时,驻极体膜片随声波的强弱 而振动,使电容极板间的距离发生变化, 引起电容量C发生变化,因为驻极体两 侧的电荷来变,因此电容两端的电压 (UC=Q/C)发生变化,从而实现了声 电转换。由于振动引起的输出电压的变 化量较小,所以要在电容的后面加一个 效应管进行放大,提高话筒的灵敏度, 同时场效应管还可以与音频放大器匹配。

类 型 二 端 式

示意图

说明
万用表负表笔接话筒的D端 ,正表笔接话筒的接地端,如 左图所示,这时用嘴向话筒吹 气,万用表表针应有指示。同 类型话筒比较,指示范围越大 ,说明该话筒灵敏度越高,如 果无指示,则说明该话筒有问 题。 万用表负表笔接话筒的D端 ,正表笔同时接话筒的S端和 接地端,如左图所示,然后按 与上述相同方法吹气检测。

三 端 式

做一做
要求: 根据前面所学的知识,识别本项目所给的驻极体话筒 (两端式还是三端式),并用万用表检测其质量及好坏。 方法步骤: (1)从外观特征识别驻极体话筒,判断两端式还是三端式。 (2)对本项目所给的驻极体话筒进行检测。 类型 好坏 质量

LM324
LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料 封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器 ,除电源共用外,四组运放相互独立。

引脚号
1 2 3

引脚功能
输出 (1) 反输入(1) 正输入(1)

参考电压 (V)
3 2.7 2.8

引脚号
8 9 10

引脚功能
输出 (3) 反输入(3) 正输入(3)

参考电压 (V)
2 2.4 2.8

4 5
6 7

电源 正输入(2)
反输入(2) 输出 (2)

5.1 2.8
1 3

11 12
13 14

地 正输入(4)
反输入(4) 输出 (4)

0 2.8
2.2 3

做一做
要求: 根据前面所学的知识,识别本项目所给的集成运算放大器 (LM324)的管脚,用万用表检测其好坏。 方法步骤: (1)判断LM324的引脚 (2)通电情况下(加5V电压),用万用测量LM324各引脚的电压 与正常值比较。 (3)根据测量结果判断LM324的好坏。
LM324 引脚号 1 2 3 4 5 6 7

测量电压值 (V)
LM324 引脚号 8 9 10 11 12 13 14

测量电压值 (V)

想一想

1.LM324的功能是 ,它内部有 个集成运算放大器。它的工作电压是 2.如何识别LM324的管脚? 3.如何用万用表检测LM324的好坏? 4.LM324与LM386有什么不同?

V。

晶闸管(可控硅)
晶闸管就是晶体闸流管,俗称可控硅(SCR)。单向可控硅是 一种可控整流电子元件,能在外部控制信号作用下由关断 变为导通,但一旦导通,外部信号就无法使其关断,只能靠 去除负载或降低其两端电压使其关断。

1.单、双向可控硅的判别
先任测两个极,若正、反测指针均不动(R×1挡), 可能是A、K或G、A极(对单向可控硅)也可能是T2、 T1或T2、G极(对双向可控硅)。若其中有一次测量指 示为几十至几百欧,则必为单向可控硅。且红笔所接 为K极,黑笔接的为G极,剩下即为A极。若正、反向测 批示均为几十至几百欧,则必为双向可控硅。再将旋 钮拨至R×1或R×10挡复测,其中必有一次阻值稍大, 则稍大的一次红笔接的为G极,黑笔所接为T1极,余下 是T2极。

2.单向可控硅
电极识别 用万用表R×1挡测量三个引脚之间的正反向电阻,其中有一 次电阻值较小,此时黑表表连接的是控制极,红表笔接的 是阴极,余下的就是阳极。 质量判别 用万用表R×1挡,红笔接K极(阴极),黑笔接阳极,电阻 值应为无穷大,然后再两表笔保持连接状态下,黑表笔同 时碰触一下控制极后立即断开,阻值变得较小。且维持不 变,表示被测管的触发维持特性基本正常。然后瞬时断开 A极再接通,指针应退回∞位置,则表明可控硅良好。

想一想

1.晶闸管又称为 ,它分为 和 两种。它是一种 半导体器件,体 积 ,重量 。晶闸管主要作用是用 控制 。 2.单向晶闸管的导通条件是什么? 3.如何用万用表检测晶闸管的好坏? 4.双向晶闸管的特点是什么?它与单向晶闸管有何 异同?

任务三 制作&调试电路
工作任务
1.制作声光控节能灯电路 2.调试声光控节能灯电路 3.写出制作调试报告

子任务1 电路元器件的装配与布局
做一做 要求: 根据前面所学的知识,对元器件进行正确的装配与布局 操作步骤: (1)按工艺要求安装色环电阻器 (2)按工艺要求安装三极管 (3)按工艺要求安装电解电容器 (4)按工艺要求安装驻极体话筒 (5)按工艺要求安装集成电路LM324 想一想 1.安装布局元器件时应遵守什么原则? 2.光敏电阻安装时要注意什么问题?

子任务2:制作声光控节能灯电路
做一做 要求: 按制作要求制作声光控节能灯电路,并撰写 制作报告。 方法步骤: (1)对安装好的元件进行手工焊接。 (2)检查焊点质量。

子任务3:调试声光控节能灯电路
方法与步骤:
1.断电检查电路的通断

2.通电调试声光控节能电路
3.分模块调试电路

[作业:完成相关课堂工作页]

小组 讨论
1、如果白天或光线较强的时候灯也能亮,可 能是电路的哪部分出了问题? 2、如果灯一直不亮,可能是什么问题?

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+ C4 100uF R1 10K C1 104

R15 510 3

VS 10V 4

+

C3 470uF

VT

R11 160K 10 + R12 160K VD1 1N4148 9 8

R13 50K

VD3 1N4007

E

+ 2 R2 100K

1 R10 820K

VD4-VD7 1N4007×4

220V

功能不能 实现! 怎么办?

R3 27K B

R4 200K

RP 500K C2 104

LM324 VD 2N6565 R14 10K

R5 100K

5 + 6 R6 27K

7 R8 510 R7 820K VD2 1N4148 R9 3.3M

14 13 + 12 11 + C4 10uF

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项目验收
内容一:集成运放LM234的识别与检测
(1)简述运放各引脚的功能。 (2)检测运放各引脚正常工作电压,会根据实际电压判断运放的

工作状态。

内容二:项目功能验收
(1)分组汇报项目的学习与制作情况。
(2)分组通电演示电路功能并回答有关问题。

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知识链接: 集成运算放大器 集成电路

§1 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数 的多级直接耦合放大电路。它是发展最早、 应用最广泛的一种模拟集成电路。
运放的应用领域:信号处理、信号测量 、波 形转换、自动控制等。

运放的模拟计算:信号的加、减、乘、除、积
分、微分、对数等运算。

§1 集成运算放大器的简单介绍
一、运算放大器的组成
1、电路组成: 输入端 输入级 中间级 输出级 输出端

输入级:都采用带恒流源的差分放大电路,输入电 阻高,能减小零点漂移和抑制干扰信号。 中间级:要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路。 输出级:要求输出电阻低,带负载能力强,一般由 互补对称电路或射极输出器构成。

§1 集成运算放大器的简单介绍
一、运算放大器的组成
2、运放的外形及引脚:

1 7 6 uA741 2 5 4 3

8

§1 集成运算放大器的简单介绍
一、运算放大器的组成
3、运放的电路符号: 反相输入端
? +UCC

输出端
u– u+ u– u+

u–
u+

∞ – + +
–UEE

uo

∞ – + +
– +
?

uo

同相输入端

uo

§1 集成运算放大器的简单介绍
二、集成运算放大器的特点
电压放大倍数高、输入电阻大、输出电阻小、 零点漂移小,抗干扰能力强,可靠性高、体积 小,低成本、能耗小等。

1、Auo 高: 80dB~140dB 2、rid 高: 105~1011? 3、ro 低: 几十? ~ 几百? 4、KCMR高: 70dB~130dB

§1 集成运算放大器的简单介绍
三、主要参数
1. 最大输出电压 UOPP 使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。 2. 开环差模电压增益 Auo 未接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高, 所构成的运算电路越稳定,运算精度也越高。 3. 输入失调电压 UIO 愈小愈好 4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM 运放能承受的最大共模输入电压。超出此值,运 放的共模抑制性能下降,甚至造成器件损坏。

§1 集成运算放大器的简单介绍
四、运算放大器电压传输特性
电压传输特性 uo= f (ui) uo = Auoui= Auo(u+– u–) 1、线性区: uo = Auo(u+– u–) 2、非线性区—饱和区: u+ - u– >X 时,uo = +UOM u+ - u– <X 时,uo = –UOM u– u+ ∞ – + + uo +UOM
?

uo

线性区 u +– u –
饱和区
O

–UOM

Auo越大,运放的线性范围越小,必须加负 反馈才能使其工作于线性区。

§1 集成运算放大器的简单介绍
一、理想运算放大器的条件
1、开环电压放大倍数

Auo ? ?

+UCC

2、开环输入电阻

u–
u+

ri ? ? ro? 0

∞ – + +
? –UEE

uo

3、开环输出电阻 4、共模抑制比

KCMR? ?

§1 集成运算放大器的简单介绍
二、理想运算放大器的特性
1. 工作在饱和区的特点 u+> u– 时, uo = +UOM u+< u– 时, uo = –UOM +UOM uo

u+– u–
饱和区
O

2. 工作在线性区的特点
因为 uo = Auo(u+– u– )

线性区

–UOM

u0是有限值,Auo又很大,所以
⑴差模输入电压约等于 0, 即 u+= u– ,两输入端 相当短路,但未真正短路,故称“虚短”

§1 集成运算放大器的简单介绍
二、理想运算放大器的特性
2. 工作在线性区的特点 因为 ri为无穷大。 u– i– i+ ∞ – + +
?

u+

uo

⑵运放输入电流约等于 0, 即 i+= i– ? 0 ,称“虚断” 因为 ro为0。 ⑶运放输出电压不受负载大小的影响。

§2 运算放大器在信号运算方面的应用 一、比例运算电路
1. 反相比例运算 ⑴电路组成 if
+ ui – i1 R1 i– R2 i+ – +
?

⑵电压放大倍数 ∵ri→∞,∴ i+= i– = 0
RF
?

∴ i1 ? if

+

+ uo –

u? ? uo ui ? u? 0 0 if ? i1 ? RF R1 因i+= 0, 所以u+= 0 u–=u+= 0-----称“虚地”

因静态时要求u+、 u– ui从反相输入端输 对地电阻相同,所以 入同相输入端接地 平衡电阻 R2 = R1 // RF

§2 运算放大器在信号运算方面的应用

一、比例运算电路
1. 反相比例运算 ⑶结论:
① Auf为负值,即 uo与 ui 极性相反。因为 ui

加在反相输入端。
② Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关,与运放本 身参数无关。 ③| Auf | 可大于 1,也可等于 1 或小于 1 。

④因u–= u+= 0 , 所以反相输入端“虚地”。

§2 运算放大器在信号运算方面的应用 一、比例运算电路
2. 同相比例运算 ⑴电路组成 RF if
i1 R ⑵电压放大倍数 因虚断,所以u+ = ui 因虚短,故 u– = u+ = ui

+ ui –

– u– + R2 u+

1

?

+

+ uo –

u ? ui i1 ? ? R1 R1 uo ? u? uo ? ui if ? ? RF RF

uo RF 因要求静态时u+、u?对地 Auf ? ? 1? 电阻相同, 故R2=R1//RF ui R1

?

i1 = if
RF uo ? (1 ? )ui R1

§2 运算放大器在信号运算方面的应用

一、比例运算电路
2. 同相比例运算 ⑶结论: ①Auf 为正值,即 uo与 ui 极性相同。因

为 ui 加在同相输入端。

②Auf只与外部电阻 R1、RF 有关,与运
放本身参数无关。 ③Auf ≥ 1 ,不能小于 1 。 ④ u– = u+ ≠ 0 ,反相输入端不存在 “虚地” 现象。

§2 运算放大器在信号运算方面的应用

一、比例运算电路
2. 同相比例运算 当 R1= ? 且 RF = 0 时, uo = ui , Auf = 1,
称电压跟随器。 由运放构成的电压跟 随器输入电阻高、输出 电阻低,其跟随性能比 射极输出器更好。 + ui – RF

R1
R2

– + +

?

+ ui –

– + +

?

+ uo –

?

?

+ uo –

§2 运算放大器在信号运算方面的应用
2. 同相比例运算 例:负载浮地的电压-电流的转换电路 iL RL R1 i1 R1 + ui – R2 – +
?

IG –
?

+

+ Ux –

+

?

+

u? ui iL ? i1 ? ? ?? R1 R1
负载电流的大小 与负载无关。

?

R2

流过电流表的电流 Ux IG ? R1 1. 能测量较小的电压; 2. 输入电阻高,对被 测电路影响小。

§2 运算放大器在信号运算方面的应用 二、加法运算电路
1.反相加法运算电路
ui2 因虚断,i– = 0

ii2 Ri2
ii1 R i1

if
– +

RF
?
?

所以 ii1+ ii2 = if

ui1

+

R2

uo 因虚短, u–= u+= 0 – uo ui1 ui 2

+

ui 1 ? u? ui 2 ? u? u? ? uo ? ? Ri 1 Ri 2 RF
? ??

故得

平衡电阻: R2= Ri1 // Ri2 // RF

Ri1

Ri 2

RF

RF RF u o ? ?( ui1 ? ui 2 ) Ri1 Ri 2
动画

§2 运算放大器在信号运算方面的应用

二、加法运算电路
2.同相加法运算电路 方法1: 根据叠加原理 ui1单独作用(ui2=0)时 R1 – +

RF
? ?

Ri1 Ri 2 u? ? ui 1 ui2 ? Ri 1 ? Ri 2 Ri2 RF u? i2 ? 同理,u?单独作用时 ? uo ? (1 ? )u? ? ? R1 RF Ri1 RF Ri 2 ? ) ui 2 ? (1 ? ) ui 1 uo? ? (1 ? R1 Ri 1 ? Ri 2 R1 Ri 1 ? Ri 2 RF Ri 2 Ri 1 uo ? (1 ? )( ui 1 ? ui 2 ) R1 Ri 1 ? Ri 2 Ri 1 ? Ri 2

ui1

+

+ uo –

§2 运算放大器在信号运算方面的应用
2.同相加法运算电路 方法2:

RF
R1 – u+ +
?

RF uo ? (1 ? )u? R1

?

u+=?

ui1
ui2

+

+ uo –

Ri1
Ri2

Ri 2 Ri 1 u? ? ui 1 ? ui 2 Ri 1 ? Ri 2 Ri 1 ? Ri 2

RF Ri 2 Ri 1 uo ? (1 ? )( ui 1 ? ui 2 ) R1 Ri 1 ? Ri 2 Ri 1 ? Ri 2
也可写出 u–和 u+的表达式,用 u–= u+ 的性质求解。

§2 运算放大器在信号运算方面的应用 三、减法运算电路
分析方法1: 由虚断和虚短可得: iRF iR1 R 1 ui1 –

RF
? ?

ui1 ? u? iR1 ? R1

R3 u? ? u? ? ui 2 R2 ? R3

ui2 R 2

iRF

由虚断可得:

i1 ? ?iR F

uo ? u ? ? RF

+ R3

+

uo

+


RF RF uo ? ? ui1 ? (1 ? )u? R1 R1

§2 运算放大器在信号运算方面的应用 三、减法运算电路
分析方法1: RF

– R3 RF RF ui1 + + uo ? (1 ? ) ui 2 ? ui 1 ) uo + R1 R2 ? R3 R1 ui2 R – 2 R3 如果取 R1 = R2 ,R3 = RF RF 则 :uo ? ( ui 2 ? ui 1 ) R1 常用做测量 如 R1 = R2 = R3 = RF 放大电路 则:uo ? ui 2 ? ui 1
输出与两个输入信号的差值成正比。

R1

?

?

§2 运算放大器在信号运算方面的应用 三、减法运算电路 分析方法2:利用叠加原理
减法运算电路可看作是反相比例运算 与同相比例运算电路的叠加。 R ui1单独作用时 RF ? uo ? ? ui 1 R1 ui2单独作用时

RF
– u+
? ?

1

ui1
ui2 R 2

+ R3

+

uo

+


RF R3 RF ? ? uo ? uo ? uo? ? (1 ? ) ui 2 ? ui1 R1 R2 ? R3 R1

RF R3 RF ? uo? ? (1 ? )u? ? (1 ? ) ui 2 R1 R1 R2 ? R3

§2 运算放大器在信号运算方面的应用 四、积分运算电路 u
由虚短及虚断可得 i1 = if if =? if + – +
?

CC – F

i1 R1 ui

?

ui i1 ? R1

duC iF ? C F dt

+

uo

R2

duo duC ui ? CF ? ?C F R1 dt dt
1 uo ? ? ? uidt R1CF
当电容CF的初始电压 为 uC(t0) 时,则有

? 1 t ? uo ? ? ? ?t0 uidt ? uC ?to ?? ? R1C F ? 1 t ?? ?t0 uidt ? uo ?to ? R1CF

§2 运算放大器在信号运算方面的应用 四、积分运算电路 若ui= Ui(恒定直流量)时,则
Ui 1 uo ? ? ? U idt ? ? R1CF t R1C F
ui
Ui
O

? U OM 0?t ? R1C F Ui

uo
+ UOM

ui = –Ui < 0
线性积分时间

线性 积分 时间

–Ui

t

O

t
积分饱和

–U 输出电压随时 OM 间线性变化

u i = Ui > 0

采用运放组成的积分电路,由于充电电流基本恒定, 故 uo 是时间 t 的一次函数,从而提高了它的线性度。

§2 运算放大器在信号运算方面的应用 比例-积分运算电路
uo ? ?( RF if ? uC )
1 ? ?( RF i1 ? ? i1dt ) CF RF 1 ? ?( ui ? ? uidt ) R1 R1CF

if
i1 R ui
1

CF – +
?

RF
?

+

uo

R2

上式表明:输出电压是对输入电压的比例-积分 这种运算器又称 PI 调节器, 常用于控制系统 中, 以保证自控系统的稳定性和控制精度。 改变 RF 和 CF,可调整比例系数和积分时间 常数, 以满足控制系统的要求。

§2 运算放大器在信号运算方面的应用 五、微分运算电路
由虚短及虚断可得 i1 = i f uo dui C1 ?? dt RF i1C1 ui R2

if RF – +
?
?

+

uo

dui uo ? ? RF C1 dt
ui Ui
O

uo
t
O

–Ui

t

§2 运算放大器在信号运算方面的应用

比例-微分运算电路 —PD调节器
uo ? ? RF if
iC
ui

C1 if RF
1

if ? iR ? iC
ui dui ? ? C1 R1 dt

iR R
R2

– +

?

?

+

uo

RF dui uo ? ?( ui ? RFC1 ) R1 dt
上式表明:输出电压是对输入电压的比例-微分 控制系统中, PD调节器在调节过程中起加速作 用,即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。

§3 电压比较器
3.1.1电压比较器的基本特性? 电压比较器的功能是比较两个输入电压的大小,据 此决定输出是高电平还是低电平。 高电平相当于数字电路中的逻辑“1”,低电平相当 于逻辑“0”。 比较器输出只有两个状态,不论是“1”或是“0”, 比较器都工作在非线性状态。 注意:在运算电路中所使用的“虚地”概念在非 线性条件下不满足;只在临界状态时才可使用。

UCC ui ur - C + uo

uo

Uo H

0

ur Uo L

ui

-UEE
(a)

鉴别 不灵敏区 (b)

图3.1.1 电压比较器的符号及传输特性

1. 高电平(UoH)和低电平(UoL)? 电压比较器可以用运放构成,也可用专用芯片构成。用运放构 成的比较器,其高电平UoH可接近于正电源电压(UCC),低电平 UoL可接近于负电源电压(-UEE)。 专用比较器的输出电平一般与数字电路兼容,即 UoH=3.4V左右, UoL=-0.4V左右。 2.鉴别灵敏度? 在实际电路中,集成运放和专用比较器芯片的Aud不为无穷大 , ui 在 ur 附近的一个很小范围内存在着一个比较器的不灵敏 区。如图3.1.1(b)中虚线所示的输入电压变化范围,在该范 围内输出状态既非UoH,也非UoL,故无法实现对输入电平大 小进行判别。 Aud越大,则这个不灵敏区就越小,工程上称 比较器的鉴别灵敏度越高。?

3.转换速度? 转换速度是比较器的另一个重要特性,即 比较器的输出状态产生转换所需要的时 间。通常要求转换时间尽可能短,以便 实现高速比较。 比较器的转换速度与器件压摆率SR有关, SR 越大,输出状态转换所需的时间就越 短,比较器的转换速度越高。

3.1.2 电压比较器的开环应用––简单比较器?
1.过零比较器? 令参考电平ur=0。 ? ? 若Ui >0,uo =UoL 若Ui<0,uo =UoH

这种电路可做为零电平检测器。该电路也可用于“整形”,将不
规则的输入波形整形成规则的矩形波。

问题:若参考电平ur≠0。而是接参考电压UREF,输出 波形会有什么样的变化?

图3.1.2过零比较器及脉宽调制器输出波形?

(a)过零比较器整形波形;(b)脉宽调制器输出波形

3.1.3迟滞比较器 1.简单比较器应用中存在的问题? ? 一是输出电压转换时间受比较器翻转速度(压 摆率SR)的限制,导致高频脉冲的边缘不够陡 峭(如图3.1.5(a)所示); ? 二是抗干扰能力差,如图3.1.5(b)所示,若ui在 参考电压ur(=0)附近有噪声或干扰,则输出波形 将产生错误的跳变,直至ui远离ur值才稳定下来 。如果对受干扰的 uo 波形去计数,计数值必然 会多出许多,从而造成极大的误差。

图3.1.5 简单比较器输出波形边缘不陡峭及受干扰的情况

(a)输出波形边缘不陡峭

(b)受干扰情况

2.迟滞比较器电路及传输特性? 为了解决以上两个问题,可将比较器设置两 个阈值,只要干扰信号不超过这两个阈值, 比较器就不会跳变,从而提高比较器的抗干 扰能力。利用这种思想设计出来的电压比较 器称为迟滞比较器,或称施密特触发器。电 路是在简单比较器基础上增加了正反馈电路 实现的。正反馈也加快了翻转速度。

1)反向输入的迟滞比较器?
R2将uo反馈到运放的同相端与R1一起构成正反馈, 其正反馈系数F为 Uf R1 F正 ? ? Uo R1 ? R2

上门限电压 U rH

R1 ? U OH R1 ? R2

下门限电压 U rL ?

R1 U OL R1 ? R2

? 该电路传输特性分析:
因为信号加在运放反相端,所以ui为负时,uo 必为正,且等于高电平UoH=UCC。此时,同 相端电压(U+)为参考电平Ur1:
U r1 ? U f 1 ? F正U oH R1 R1 ? U oH ? U CC R1 ? R2 R1 ? R2
(3.1.2)

当ui由负逐渐向正变化,且ui =Uf=Ur1时,输出将由高电平 转换为低电平。我们称uo从高到低所对应的ui转换电平为 上门限电压,记为UTH。即

U TH

R1 R1 ? U r1 ? U oH ? U CC R1 ? R2 R1 ? R2

(3.1.3)

而后,ui再增大,uo将维持在低电平。注意此时比较器 的参考电压Ur也将发生变化,即

Ur2 ? U f 2

R1 ? R1 ? F正 (U oL ) ? U oL ? U EE R1 ? R2 R1 ? R2

(3.1.4)

可见,当ui由正变负的比较电平将是Ur2(负值),故只有当 ui变得比Ur2更负时,uo才又从低变高。所以,称Ur2为下 门限电压,记为UTL,即

R1 ? R1 UTL ? U r 2 ? ? U oL ? U EE R1 ? R2 R1 ? R2

(3.1.5)

特点:输出端从高电平跳变到低电平对应的阈值电 压与从低电平跳变到高电平对应的阈值电压不同!

综上所述,迟滞比较器的传输特性曲线如图3.1. 6(b)所示。由于它像磁性材料的磁滞回线,因此 称之为迟滞比较器或滞回比较器。迟滞比较器的 上、下门限之差称之为回差,用ΔU表示:
?U ? U TH ? U TL R1 ?2 U CC R1 ? R2

(3.1.6)

正是由于回差的存在,才提高了比较器的抗干扰能力。

?

如图3.1.7所示。由于使电路输出状态跳变 的输入电压不发生在同一电平上,当 ui 上叠加 有干扰信号时,只要该干扰信号的幅度不大于 回差ΔU ,则该干扰的存在就不会导致比较器 输出状态的错误跳变。 ? 应该指出,回差ΔU的存在使比较器的鉴别灵 敏度降低了。输入电压 ui 的峰峰值必须大于回 差,否则,输出电平不可能转换。?

图3.1.7迟滞比较器输出波形

2)同相输入迟滞比较器? 电路如图3.1.8(a)所示,信号与反馈都加到 运放同相端,而反相端接地(U-=0)。只有当 同相端电压U+=U-=0时,输出状态才发生跳 变。而同相端电压等于正反馈电压与 ui 在此 端分压的叠加。据此,可得该电路的上门限 电压和下门限电压分别为
U TH U TL R1 R1 ? ? U oL ? U EE R2 R2 R1 R1 ? ? U oH ? ? U CC R2 R2
(3.1.7)

(3.1.8)

? 其传输特性如图3.1.8(b)所示。 ? 迟滞比较器又名施密特触发器或双稳态电路, 它有两个状态,且具有记忆功能。

图3.1.8同相输入迟滞比较器及其传输特性? (a)电路;(b)传输特性曲线

【例 3.1.2】电路如图3.1.9(a)所示,输入电压ui的波形如图3.1.9(b) 所示,试画出uo1 、uo2的波形图。

图 3.1.9 电路图与波形图

项目验收
内容一:集成运放LM234的识别与检测
(1)简述运放各引脚的功能。 (2)检测运放各引脚正常工作电压,会根据实际电压判断运放的

工作状态。

内容二:项目功能验收
(1)分组汇报项目的学习与制作情况。
(2)分组通电演示电路功能并回答有关问题。

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