1、1项目三项目三 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用任务一任务一 反相反相/同相比例运算放大器的设计与制作同相比例运算放大器的设计与制作任务二任务二 矩形波发生电路的设计与制作矩形波发生电路的设计与制作1实训目的实训目的 1.1.熟悉理想集成运放特性及其特点。熟悉理想集成运放特性及其特点。2.2.了解电子元器件的特性，熟悉电子元器件的质量了解电子元器件的特性，熟悉电子元器件的质量检测方法。检测方法。3.3.掌握集成运算应用电路的工作原理。掌握集成运算应用电路的工作原理。4.4.熟悉集成运算放大器应用电路的设计。熟悉集成运算放大器应用电路的设计。5.5.掌握选择与检测元器件、装配与焊接、测试
2、与排掌握选择与检测元器件、装配与焊接、测试与排除故障的方法。除故障的方法。2 2实训器材实训器材l稳压电源稳压电源l示波器示波器l毫伏表和万用表毫伏表和万用表l电子元器件电子元器件3 3任务一任务一 反相反相/同相比例运算放大器的设计与制作同相比例运算放大器的设计与制作4 45 51.主要技术主要技术（1 1）采用）采用LM358LM358设计集成运算放大器。设计集成运算放大器。（2 2）反相比例运算放大器的放大倍数）反相比例运算放大器的放大倍数1010。（3 3）反相比例运算放大器的）反相比例运算放大器的Ri=10k，Ro0。（4 4）同相比例运算放大器的放大倍数）同相比例运算放大器的放大倍
3、数1111。（5 5）同相比例运算放大器的）同相比例运算放大器的Ri，Ro0。任务一任务一 反相反相/同相比例运算放大器的设计与制作同相比例运算放大器的设计与制作562.2.工作原理工作原理l 采用的采用的LM358为为8脚集成双运放脚集成双运放芯片。芯片。l 电源为电源为12V，Ui1接反相输入端，接反相输入端，Ui2接同相输入端。接同相输入端。图图3-1 LM3583-1 LM358引脚图引脚图l（1）运算放大器简介）运算放大器简介6l 在集成运算放大器线性应用中，可构成反相比例运算、同相比例运算、反相求和运算、加减混合运算电路等。图图3-2 3-2 集成运放应用电路集成运放应用电路图图7
4、（2）工作原理）工作原理反相比例运算放大器的设计，输入和输出的比例关反相比例运算放大器的设计，输入和输出的比例关系如组式系如组式3-1所示。所示。同相比例运算器的设计，输入和输出的比例关系如同相比例运算器的设计，输入和输出的比例关系如组式组式3-23-2所示。所示。1i1311ouRRuo131u1i11-uRAuR(组式组式3-1)?i1311o1uRRu1312i1ou11RRuuA(组式组式3-2)89 93.3.元器件清单元器件清单元件名称元件名称型号型号/参数参数位号位号数量数量元件作用元件作用双运放双运放LM358IC1信号放大信号放大IC座座8 8IC1 1插接芯片插接芯片电阻电
5、阻10k10kR1、R2 2、R3 3、R1B1B4 4输入电阻平衡电输入电阻平衡电阻反馈电阻阻反馈电阻电阻电阻100k100kR11 1、R2121、R31313 3电阻电阻1M1MR12 2、R32322 2短接环短接环 JP1-JP55 5相当于开关相当于开关插针插针 JP1-JP5JP1-JP55 5连接短接环连接短接环电路板电路板 PCBPCB1 1组装电路组装电路表表3-1元器件清单元器件清单91010二二.实训内容与步骤实训内容与步骤l1.1.参照参照PCB板对应电路原理图，熟读原理图，了解线板对应电路原理图，熟读原理图，了解线路、工作原理，做到熟悉电路和元器件在路、工作原理，做
6、到熟悉电路和元器件在PCB板装配位板装配位置。置。l2.2.元器件的核对与检测对照原理图核对元器件清单元器件的核对与检测对照原理图核对元器件清单 将检测电阻的数据记入。将检测电阻的数据记入。10电阻电阻色环序列色环序列标称值标称值档位档位量程量程测量值测量值误差误差质量质量R1 R2 R3 R1B R11 R21 R31 R12 R32 表表3-2 3-2 电阻的测量记录表电阻的测量记录表1112123.3.电路安装与焊接电路安装与焊接l（1 1）集成运放的引脚识别）集成运放的引脚识别集成运放集成运放LM358LM358是高增益、低损耗双运算放大器。是高增益、低损耗双运算放大器。采用双列直插封
7、装，在塑封的表面上有一个圆点，采用双列直插封装，在塑封的表面上有一个圆点，其对应的引脚是其对应的引脚是1 1脚，引脚号按逆时针顺序排序。脚，引脚号按逆时针顺序排序。焊接芯片座时要注意管脚圆点标志。焊接芯片座时要注意管脚圆点标志。123.3.电路安装与焊接电路安装与焊接l（2 2）安装与焊接）安装与焊接将双集成运放将双集成运放LM358LM358、电阻等元器件，依次按照图、电阻等元器件，依次按照图3-23-2所所示原理图进行安装与焊接到相应位置。示原理图进行安装与焊接到相应位置。焊接元器件时，注意保留元器件引线的适当长度，焊接元器件时，注意保留元器件引线的适当长度，焊点要光滑圆润，防止虚焊和搭焊
8、。焊点要光滑圆润，防止虚焊和搭焊。l（3 3）焊接技术。参考项目七知识链接七焊接技术。）焊接技术。参考项目七知识链接七焊接技术。13144.4.电路的调试与测量电路的调试与测量l（1 1）反相比例运算电路）反相比例运算电路l 首先将首先将LM358LM358芯片插接到芯片座上，注意管脚顺序。芯片插接到芯片座上，注意管脚顺序。将电路接成反相比例运算输入电路，将原理图将电路接成反相比例运算输入电路，将原理图3-2中的中的JPJP1 1接接“1”位置位置 ，JP2 接接“2 ”位位 置置 ，JP3 接接“3”位置，位置，JP4 接接“2”位置，位置，JP5的接的接“2”位置。位置。l 检查无误后，将
9、直流电源检查无误后，将直流电源12V12V与电路板连接，用万用与电路板连接，用万用表测量集成运放放大器表测量集成运放放大器LM358LM358“8 8”脚和脚和“4 4”脚对地有无脚对地有无12V的直流电压。的直流电压。14l 在反相输入端在反相输入端(Ui1)加入直流电压加入直流电压 Ui，依次将，依次将 Ui 调到调到0.8V、0.4V、0V、+0.4V、+0.8V，用万，用万用表测量出每次对应的输出电压用表测量出每次对应的输出电压 Uo1记入表记入表3-3中。中。输入电压输入电压Ui1-0.8V-0.4V0V+0.4+0.8V输出电压输出电压 Uo1估算值估算值 测量值测量值 表表 3-
10、3 3 反相比例运算电路测量记录表反相比例运算电路测量记录表15（1 1）反相比例运算电路）反相比例运算电路将反相输入电路的测量数据与输出电压的理论将反相输入电路的测量数据与输出电压的理论估算值估算值Uo=-(Rf R1)Ui 进行对比。进行对比。公式中的公式中的 Rf=，R1=。若测试数据和理论值相差甚远，就要检查电路若测试数据和理论值相差甚远，就要检查电路分析原因了，是否电阻焊错，短接环是否接错，还分析原因了，是否电阻焊错，短接环是否接错，还是是LM358LM358已损坏。排查故障在重新测试。已损坏。排查故障在重新测试。1617（2 2）同相比例运算电路）同相比例运算电路 将电路接成同相运
11、算输入电路，将原理图将电路接成同相运算输入电路，将原理图3-23-2中中JP1JP1接接“2”2”位置，位置，JP2 JP2 接接“1”1”位置，位置，JP3JP3接接“3”3”位置，位置，JP4JP4接接“2”2”位置，位置，JP5JP5接接“2”2”位置。位置。检查无误后给电路板接通检查无误后给电路板接通12V12V的直流电源。的直流电源。17在同相输入端在同相输入端(Ui2)加入直流电压加入直流电压 Ui，依次将，依次将 Ui 调到调到0.8V、0.4V、0V、+0.4V、+0.8V，用万用表测量出每，用万用表测量出每次对应的输出电压次对应的输出电压 Uo1记入表记入表3-4中。中。将同
12、相输入电路的测量数据与输出电压的理论估算值将同相输入电路的测量数据与输出电压的理论估算值Uo=1+(Rf R1)Ui 进行对比。进行对比。将公式中的将公式中的 Rf 和和R1的值记入表的值记入表3-4中。中。输入电压输入电压U Ui2 2-0.8V-0.4V-0.4V0 0+0.4+0.4+0.8V+0.8V输出电压输出电压U Uo2估算值估算值 测量值测量值 Rf=R1=表表3-4 3-4 同相比例运算电路测量记录表同相比例运算电路测量记录表18195.5.电路的扩展功能设计电路的扩展功能设计l（1 1）加法运算电路）加法运算电路 要求自行设计出实现原理电路图，进行理论分析，要求自行设计出实
13、现原理电路图，进行理论分析，数据合理后进行电路安装、调试和测试，并进行数据数据合理后进行电路安装、调试和测试，并进行数据分析。分析。l（2 2）减法运算电路）减法运算电路 要求自行设计出实现原理电路图，进行理论分析，要求自行设计出实现原理电路图，进行理论分析，数据合理后进行电路安装、调试和测试，并进行数据数据合理后进行电路安装、调试和测试，并进行数据分析。分析。1920 任务二任务二 矩形波发生电路的设计与制作矩形波发生电路的设计与制作20211.1.主要技术主要技术（1 1）采用集成运放）采用集成运放LM741LM741设计一个矩形波发生电路。设计一个矩形波发生电路。（2 2）频率调节范围：
14、）频率调节范围：50Hz50Hz900Hz900Hz。（3 3）占空比调节范围：）占空比调节范围：0.10.10.90.9。（4 4）输出电压范围：）输出电压范围：8V8V。任务二任务二 矩形波发生电路的设计与制作矩形波发生电路的设计与制作21222.2.电路组成与工作原理电路组成与工作原理l一个占空比可调的矩形波产生电路及输出波形如图一个占空比可调的矩形波产生电路及输出波形如图3-33-3所示。所示。（a a）电路原理图）电路原理图（b b）输出波形图）输出波形图l（1）电路组成）电路组成图图3-3 矩形波产生电路及输出波形矩形波产生电路及输出波形22（2 2）工作原理）工作原理 占空比可调
15、的矩形波电路，即是高低电平所占时间占空比可调的矩形波电路，即是高低电平所占时间不等，高电平时间不等，高电平时间ton 与周期与周期T 的比值的比值称为占空比，用称为占空比，用q q表表示示,即即q=t ton/T。从图从图3-3我们可知，只要改变电容我们可知，只要改变电容 C 充放电的时间常充放电的时间常数，就可改变矩形波的占空比。数，就可改变矩形波的占空比。本电路设计通过调节电位器本电路设计通过调节电位器 RP1，可以改变电容器，可以改变电容器 C 的充放电时间常数，从而调节方波的占空比，但并不改变的充放电时间常数，从而调节方波的占空比，但并不改变方波的周期。方波的周期。占空比：占空比：q=
16、ton/T=(RP11+R1)/(RP1+2 R1)。23243.3.元器件清单元器件清单元件名称元件名称型号型号/参数参数位号位号数量数量电阻电阻1010kR11 1电阻电阻10kR R2 21 1电阻电阻5.1kR R3 31 1电位器电位器100kR RP1P11 1电位器电位器22kR RP2P21 1电容电容0.1 FC C1 1整流二极管整流二极管IN4007VDVD1 1、VDVD2 22 2稳压二极管稳压二极管IN4737DZDZ1 1、2 22 2集成运放集成运放集成运放集成运放LM741LM7411 1电路板电路板 PCB1 1表表3-5 5 元器件元器件清单清单24二、实
17、训内容与步骤二、实训内容与步骤l1.1.读图读图熟读原理图，熟读原理图，了解线路、工作原理；所用元器件种类、了解线路、工作原理；所用元器件种类、规格、数量；熟悉元器件在规格、数量；熟悉元器件在PCB板上的分布状况，有无桥板上的分布状况，有无桥线及桥线的位置等。线及桥线的位置等。l2.2.元器件的选择与检测元器件的选择与检测 参照图参照图3-3 3（a）原理图，核对元器件数目、型号，如表）原理图，核对元器件数目、型号，如表3-5 5元器件元器件明细表所列，如有缺少必须在规定的时间内补足。明细表所列，如有缺少必须在规定的时间内补足。用万用表检测所需元器件。（用万用表检测所需元器件。（1 1）电阻器
18、与电位器）电阻器与电位器 （2）整）整流二极管流二极管 （3 3）稳压二极管）稳压二极管25l 用万用表检测电阻的阻值。用万用表检测电阻的阻值。l本实训采用的电阻均是色环电阻，在安装前需要检测，将本实训采用的电阻均是色环电阻，在安装前需要检测，将检测电阻值记入表检测电阻值记入表3-63-6中中。电阻电阻色环序列色环序列标称值标称值挡位挡位量程量程测量值测量值误差误差质量质量R1 R2 R3 RP P1电位器电位器 RP2P2电位器电位器 表表3-6 电阻器测量记录表电阻器测量记录表（1 1）电阻器与电位器）电阻器与电位器26 （2 2）整流二极管）整流二极管l二极管具有单二极管具有单向向导电性
19、，用万用表导电性，用万用表R100档档测试其正测试其正向和反向的电阻向和反向的电阻值，将结果值，将结果记入表记入表3-7 7中中。位号位号型号型号挡位挡位正向电阻正向电阻k反向电阻反向电阻k质量质量VD1 VD2 ZD1 ZD2 表表3-7 整流二极管整流二极管/稳压二极管测量记录表稳压二极管测量记录表272.2.元器件的选择与检测元器件的选择与检测（3 3）稳压二极管）稳压二极管 用万用表的用万用表的R R100100挡测量两引脚之间的电阻值，挡测量两引脚之间的电阻值，红、黑表笔互换后再测量一次。红、黑表笔互换后再测量一次。两次测得的阻值中较小的一次，黑表笔所接引两次测得的阻值中较小的一次，
20、黑表笔所接引脚为稳压二极管正极，红表笔所接引脚为负极。脚为稳压二极管正极，红表笔所接引脚为负极。将测量的阻值记入表将测量的阻值记入表3-73-7中。中。28293.3.安装与焊接安装与焊接图图3-4 LM741管脚图管脚图（1）在安装电在安装电路前，应仔细查路前，应仔细查阅电路所使用的阅电路所使用的集成电路的管脚集成电路的管脚排列图及使用注排列图及使用注意事项意事项。29（2 2）安装时对应原理图和安装时对应原理图和PCBPCB板，先找好集成芯片的板，先找好集成芯片的位置，注意焊接管脚的顺序，再安装外围元器件。位置，注意焊接管脚的顺序，再安装外围元器件。注意二极管极性。电位器焊接注意焊接时间不
21、要太长。注意二极管极性。电位器焊接注意焊接时间不要太长。细心处理好每一个焊点，保证焊接质量，焊好后剪掉多细心处理好每一个焊点，保证焊接质量，焊好后剪掉多余的引线。余的引线。（3 3）焊接技术。参考项目七知识链接七焊接技术焊接技术。参考项目七知识链接七焊接技术。3.3.安装与焊接安装与焊接30314.4.电路的调试、测量与故障排除电路的调试、测量与故障排除l 按设计电路安装好电路后，直流稳压电源输出的按设计电路安装好电路后，直流稳压电源输出的+12V电压接到集成运放的电压接到集成运放的7脚，脚，-12V接到集成运放的接到集成运放的4脚，用万脚，用万用表测试用表测试4和和7脚间应有脚间应有24V的
22、电压，若不正确，检查集成的电压，若不正确，检查集成运放电源线焊接位置是否正确。运放电源线焊接位置是否正确。图图3-5 矩形波测试连接图矩形波测试连接图 31测试集成电路电压正确后，按图测试集成电路电压正确后，按图3-3-5 5测试线路和仪器连接测试线路和仪器连接图进行电路测试。图进行电路测试。在电路输出端连接上示波器，调节电位器在电路输出端连接上示波器，调节电位器RP1，RP2观察观察输出波形并测量电路的振荡频率输出波形并测量电路的振荡频率f、输出幅度、输出幅度Uo和占空比和占空比q。将测试结果记入表中。将测试结果记入表中。测试项目测试项目频率频率f幅度幅度Uo占空比占空比q设计指标值设计指标
23、值50Hz 900Hz8V不小于不小于0.1 0.1 0.90.9实际测量值实际测量值 误差误差 表表3-8 8 矩形波指标测试矩形波指标测试32 已知已知RP1=100 k，R1=10 k，R2=10 k，电位器，电位器RP2不不能为零，能为零，因为因为ln1=0，则周期则周期T=0。忽略二极管的正向电阻。忽略二极管的正向电阻。当电位器调到当电位器调到RP2=0.5k，RP2=22 k时，矩形波振荡周时，矩形波振荡周期期T分别为分别为T1=(RP1+2R1)Cln(1+2RP2/R2)=(100+210)1030.110-6ln(1+20.5/10)=1.1410-3s，振荡频率振荡频率f1
24、=1/T1=1/(1.1410-3)=877Hz。T2=(RP1+2R1)Cln(1+2RP2/R2)=(100+210)1030.110-6ln(1+222/10)=20.2410-3s，3333振荡频率振荡频率f2=1/T2=1/(20.2410-3)=49Hz。当电位器调到当电位器调到RP11=0，RP11=100 k时，占空比分时，占空比分别为别为q1=ton/T=(RP11+R1)/(RP1+2R1)=(0+10)/(100+210)0.08。q2=ton/T=(RP11+R1)/(RP1+2R1)=(100+10)/(100+210)0.92。34若测试偏差较大，要检查电路故障点。若测试偏差较大，要检查电路故障点。首先查看运放集成芯片管脚是否接错，芯片外围电阻首先查看运放集成芯片管脚是否接错，芯片外围电阻是否焊错位置，查看整流二极管和稳压二极管极性是是否焊错位置，查看整流二极管和稳压二极管极性是否正确。否正确。故障点排除后再测试数据，进行误差分析，以达到设故障点排除后再测试数据，进行误差分析，以达到设计指标。计指标。35
