1、项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.1 项目描述4.2 知识链接4.3 项目实施4.4 项目总结项目四项目四 集成音频放大电路的制作与调试集成音频放大电路的制作与调试项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.1.1 项目学习情境：项目学习情境：集成音频放大电路的制作与调试集成音频放大电路的制作与调试图4-1所示为集成音频放大电路的原理图，制作集成音频放大电路，需要完成的主要任务是：熟悉电路各元器件的作用；进行电路元器件安装；调试整机；撰写电路制作报告。(1)信号输入电路。外接传声器插口CK、电阻R1、电容C1及C2构成该电路的输入电路，采用同相输入放大的方式，将外接传声器输出的音频电信号送入
2、集成运算放大器IC的第3引脚。4.1 项项 目目 描描 述述项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-1 集成音频放大电路原理图项目四 集成音频放大电路的制作与调试(2)直流偏置电路。电阻R2、R3构成直流偏置电路，使需要正、负两组电源供电的集成运算放大器NE5532可采用单电源的供电方式，电阻R2、R3大小相等，以保证同相输入端、反相输入端和输出端三端的直流电位相等，且等于电源电压的一半。(3)负反馈电路。电阻R4、R5与电容C3、C4构成运算放大器的负反馈电路，改变电阻R4与R5之比，可调节电路的放大倍数。另外，C4具有降低高频噪声的作用。项目四 集成音频放大电路的制作与调试(4)信号输出
3、电路。电容C5、电阻R6与电位器RP构成信号输出电路，调节RP的大小，可改变输出信号的大小。(5)电源去耦电路。电阻R7与电容C6、C7构成电源的去耦电路，防止放大电路级与级之间通过电源线耦合而产生的电路自激。电路的主要技术参数与要求如下：电压放大倍数Au20;输入电阻ri5 k;输出电阻ro1;最大输出幅值Uom=4 V;频响特性fL50 Hz,fH20 kHz。项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.1.2 电路元器件参数及功能电路元器件参数及功能集成音频放大电路元器件参数及功能如表4-1所示。项目四 集成音频放大电路的制作与调试表表4-1 集成音频放大电路元器件参数及功能集成音频放大电路
4、元器件参数及功能项目四 集成音频放大电路的制作与调试项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.2.1 集成电路简介集成电路简介一、一、集成电路的特点集成电路的特点由于制造工艺的原因，集成电路具有以下特点：(1)由于大电容和电感不易制造，多级放大电路都采用直接耦合的方式。(2)为克服直接耦合放大电路的温漂，多采用温度补偿的手段。典型的补偿电路是差动放大电路，它是利用晶体管参数的对称性来抑制温漂的。4.2 知知 识识 链链 接接项目四 集成音频放大电路的制作与调试(3)由于阻值太高或太低的电阻不易制造，在集成电路中晶体管用得多而电阻用得少。(4)大量采用晶体管或场效应管构成恒流源，用来代替大阻值的电
5、阻，或者用来设置电路的静态电流。(5)采用复合管的接法来改进单管的性能。项目四 集成音频放大电路的制作与调试二、二、集成电路的分类集成电路的分类集成电路可从不同的角度进行分类，下面列出了几种分类标准。按集成度来分，可分为小规模集成电路(100个元器件以下)、中规模集成电路(1001000个元器件之间)、大规模集成电路(103105个元器件之间)和超大规模集成电路(105个元器件以上)等。按所用器件分，可分为双极性(NPN管或PNP管)集成电路和单极型(MOS管)集成电路。按工作信号的类型分，可分为模拟集成电路和数字集成电路等。项目四 集成音频放大电路的制作与调试三、三、集成电路的外形集成电路的
6、外形随着集成电路工艺的不断发展和电路集成度的不断提高，集成电路的外形各式各样，常见的有圆壳式、双列直插式、单列直插式、扁平式和插卡式等几种，外形如图4-2所示。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-2 常见集成电路外形项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.2.2 集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一个重要分支，它的实质是具有高增益的直接耦合式放大电路。它具有通用性强、可靠性高、体积小、功耗小等优点，目前广泛应用于自动测试、信息处理、计算机技术等各个领域。由于集成运算放大器在发展初期主要应用在数学运算上，所以至今仍将其称为“运算放大器”。一、一、集成运算
7、放大器的基本结构、集成运算放大器的基本结构、电路符号电路符号集成运算放大器的内部实际上是一个高增益的直接耦合式多级放大电路，它一般由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四部分组成，组成框图如图4-3所示。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-3 集成运算放大器的组成框图项目四 集成音频放大电路的制作与调试集成运算放大器的电路符号如图4-4所示，它有两个输入端u+和u，一个输出端uo。当u+置零、u接输入信号ui时，uo与ui相位相反，因此u输入端称为反相输入端，用“”号标示；当u置零、u+接输入信号ui时，uo与ui相位一致，因此u+输入端称为同相输入端，用“+”号标示。图中“”表示放大器，
8、三角所指的方向为信号传输方向，Auo表示该放大器的开环差模电压放大倍数。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-4 集成运算放大器的电路符号项目四 集成音频放大电路的制作与调试下面以国产通用型运放F007(5G24)为例介绍集成运放的外形结构与接线图。国产通用型运放F007(5G24)的外形有金属圆壳式、双列直插式等,其外形结构如图4-5所示，图(a)是圆壳式外形结构，图(b)是双列直插式外形结构。F007各管脚功能说明如下。1、5脚为调零端，外接调零电位器(通常为10 k)，由于三极管的特性及电路参数不可能完全的对称，因此当输入信号为零时，输出信号可能不为零，故可调节调零电位器的阻值，使输
9、入为零时输出也为零；2脚为反相输入端；3脚为同相输出端；4脚为外接负电源(15 V)端；7脚为外接正电源(15 V)端；6脚为输出端；8脚为空脚端。F007的外部接线图如图4-5(c)所示。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-5 运放F007外形结构及外部接线图项目四 集成音频放大电路的制作与调试二、二、集成运算放大器的主要性能参数集成运算放大器的主要性能参数1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aud开环差模电压放大倍数指集成运算放大器(简称运放)在开环(没有外接反馈电路)状态下，信号频率为零(直流)时，输出信号电压与输入差模信号电压之比，用Aud表示，即(4-1)一般情况下，希
10、望Aud越大越好，Aud越大，集成运算放大器构成的电路越稳定，运算精度越高。Aud常用分贝(dB)表示,一般值为100 dB左右，目前高质量的运放则可达140 dB以上。uuuuuAoiood项目四 集成音频放大电路的制作与调试2.输入失调电压输入失调电压UIO对于理想运算放大器而言，当输入电压为零时，输出电压必须为零。但实际运算放大器由于参数很难达到完全对称，当输入电压为零时，输出电压并不为零。如果在输入端人为地外加一补偿电压使输出电压为零，那么这个补偿电压称为输入失调电压，用UIO表示。输入失调电压也可认为是当输入电压为零时，将输出电压折算到输入端(即除以Auo)的电压。UIO越小越好，值
11、越小，表示电路的对称性越好,UIO一般为毫伏级。项目四 集成音频放大电路的制作与调试3.输入失调电流输入失调电流IIO由于输入级的参数不对称，当输入信号为零时，集成运算放大器两个输入端的静态基极电流不相等。IIO是指当运放输入电压为零时，两个输入端的输入电流之差。IIO是由于运算放大器内部元件参数不一致等原因造成的，其值越小越好，一般IIO在0.1 A0.01 A范围内，理想运算放大器的IIO应为零。项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.开环差模输入电阻开环差模输入电阻rid开环差模输入电阻rid指运算放大器无反馈回路时，在两个输入端之间的等效电阻。rid反映了运算放大器输入电路向差分信号源
12、索取电流的能力，其值越大越好，一般为几兆欧。MOS型集成运算放大器rid高达106M以上。5.开环差模输出电阻开环差模输出电阻rod开环差模输出电阻rod指运算放大器无反馈回路时，从输出端看进去的等效电阻。rod反映了运算放大器输出电路向负载提供电流的能力，其值越小越好，一般小于几十欧。项目四 集成音频放大电路的制作与调试6.共模抑制比共模抑制比KCMRR(或或CMRR)共模抑制比反映了运放对共模信号的抑制能力，定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即(4-2)7.开环频带宽度开环频带宽度B开环频带宽度B指集成运算放大器开环差模电压放大倍数Aud下降3 dB所对应的信号频率范围。cdc
13、duuuuAAKAAlg20CMRRCMRR或项目四 集成音频放大电路的制作与调试三、三、集成运算放大器的传输特性集成运算放大器的传输特性传输特性是指输出电压与输入电压之间的关系，表示这种关系的曲线称为传输特性曲线。集成运算放大器的传输特性曲线如图4-6所示。根据电压传输特性曲线，运放的工作区只有两个：线性区(也称放大区)和非线性区(也称饱和区)。图4-6中，中间斜线部分是运放线性工作区，线性工作区以外的部分为非线性工作区。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-6 集成运算放大器的传输特性曲线项目四 集成音频放大电路的制作与调试当集成运放工作在线性区时，输出电压uo和输入电压uid成线性关
14、系，即uo=Auduid=Auo(u+u)(4-3)由于集成运放的开环电压放大倍数很大，而输出电压为有限值，因此集成运放的输入信号很小。以F007为例，Auo=105，Uop-p=10 V。假设它工作在线性区域，其允许输入的差模电压为mV1.010105opopiduAUuuu项目四 集成音频放大电路的制作与调试上式表明，集成运放的外加输入电压uid范围仅为0.1 mV0.1 mV之间，若超过这个范围，输出电位即被限幅(限制为10 V或10 V)。显然，这样小的线性范围无法进行线性放大等任务。为了能够利用集成运放对实际输入信号进行线性放大，必须引入深度负反馈。集成运放工作在非线性区域时，输出电
15、压和输入电压不再是线性关系，即uoAuouid=Auo(u+u)(4-4)此时，输出电压uo=Uo(sat)，其中，Uo(sat)为饱和值。项目四 集成音频放大电路的制作与调试四、四、集成运算放大器的理想特性集成运算放大器的理想特性一般情况下，我们把在电路中的集成运算放大器看成是理想集成运算放大器。通常认为理想集成运放应具备下列特性：(1)开环差模电压放大倍数Auo；(2)差模输入电阻rid；(3)开环输出电阻ro0；(4)共模抑制比KCMRR；(5)失调和温度漂移为零，即输入信号为零时，输出端恒定地处于零电位；(6)频带宽度为无穷大，即B。理想集成运放的电压传输特性曲线如图4-7所示。项目四
16、 集成音频放大电路的制作与调试图4-7 理想集成运放的电压传输特性曲线项目四 集成音频放大电路的制作与调试理想集成运放工作在非线性区时，输出电压的特点为：当u+u时，uo=+Uo(sat)；当u+u时，uo=Uo(sat)；当u+=u时，Uo(sat)uo+Uo(sat)。由上述分析可知，当运放工作在非线性区时，只有当u+=u时，运算放大器的状态才发生转换，其余时刻，状态保持不变。项目四 集成音频放大电路的制作与调试(1)虚短两输入端之间的电压为零。由于理想集成运放Auo，而uo是有限的，且uo=Auo(u+u)，因此u+u这说明理想集成运放反相输入端和同相输入端电位相等，但由于反相和同相输入
17、端并没有相接在一起，相当于虚短通，因此称为“虚短”；如果同相输入端接地，反相输入端不接地，但u+u=0，则称此种情况为“虚地”。(2)虚断两输入端流进(或流出)的电流等于零。由于理想集成运放的差模输入电阻rid，因此运放的输入电流为i+=i0项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.2.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用一、一、线性应用条件及分析方法线性应用条件及分析方法1.线性应用条件线性应用条件集成运算放大器线性应用的必要条件是集成运算放大器接成负反馈组态，即通过反馈网络将输出信号反馈到反相输入端。2.分析方法分析方法将实际运算放大器按理想运算放大器处理，利用其“虚短”、“
18、虚断”两个重要特征可以方便地分析和计算电路参数。项目四 集成音频放大电路的制作与调试二、二、基本运算电路基本运算电路1.比例运算电路1)反相比例运算电路如图4-8所示为反相比例运算放大电路。输入信号ui经过电阻R1加到集成运算放大器的反相输入端，反馈电阻RF接在输出端与反相输入端之间，构成电压并联负反馈，则集成运算放大器工作在线性区；同相输入端加平衡电阻R2，主要是来满足同相输入端与反相输入端外接电阻相等，即R2=R1RF，以保证运算放大器处于平衡对称的工作状态，从而消除输入偏置电流及其温度漂移的影响。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-8 反相比例运算放大电路项目四 集成音频放大电路的
19、制作与调试根据虚断的概念，i+=i0，得u+=0，i1=if。又根据虚短的概念，u+u=0，故称A点为虚地点。又因为有所以有io1f1F,uuiiRR io1FuuRR 项目四 集成音频放大电路的制作与调试移项后得电压放大倍数(4-5)或(4-6)oFi1uuRAuR Foi1RuuR 项目四 集成音频放大电路的制作与调试由于反相输入放大电路引入的是深度电压并联负反馈，因此它使输入和输出电阻都减小，输入和输出电阻分别为rir1(4-7)ro0(4-8)反相比例运算电路特点：uo与ui的关系只取决于反馈网络R1、RF，而与集成运算放大器本身的参数无关，因此，只要改变R1和RF的值，便可以改变比例
20、系数；u+u=0(虚地)，它使集成运算放大器工作时不会有共模信号输入，因此电路也没有共模信号输出。项目四 集成音频放大电路的制作与调试2)同相比例运算电路同相比例运算放大电路如图4-9所示，输入信号ui经过电阻R2接到集成运算放大器的同相端，反馈电阻接到其反相端，构成了电压串联负反馈。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-9 同相比例运算放大电路项目四 集成音频放大电路的制作与调试根据虚断的概念，i+0，可得u+=ui。又根据虚短概念，u+u，于是有移项后得电压放大倍数(4-9)或(4-10)1io1FRuuuRRoFi11uuRAuR Foi11RuRu()项目四 集成音频放大电路的制作
21、与调试当RF=0或R1时，如图4-10所示，此时uo=ui，即输出电压与输入电压大小相等、相位相同，该电路称为电压跟随器。由于同相输入放大电路引入的是深度电压串联负反馈，因此它使输入电阻增大、输出电阻减小，输入和输出电阻分别为ri(4-11)ro0(4-12)项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-10 电压跟随器项目四 集成音频放大电路的制作与调试例例4.1 电路如图4-11所示，试求当R5的阻值为多大时，才能使uo=55 ui。解解：在图4-11电路中，A1构成同相输入放大电路，A2构成反相输入放大电路，因此有化简后得R5=50 k。2o1iii1100111110RuuuuR55oo1
22、ii4115510RRuuuuR 项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-11 例4.1图项目四 集成音频放大电路的制作与调试2.加法运算与减法运算电路加法运算与减法运算电路1)加法运算电路在自动控制电路中，往往需要将多个采样信号按一定的比例叠加起来输入到放大电路中，这就需要用到加法运算电路，如图4-12所示。根据虚断的概念及基尔霍夫电流定律，可得if=ii=i1+i2+in。再根据虚短的概念可得i1i2i1212,nnnuuuiiiRRR项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-12 反相加法运算电路原理图项目四 集成音频放大电路的制作与调试则输出电压为 (4-13)式(4-13)实现了各
23、信号的比例加法运算。如取R1=R2=Rn=RF，则有uo=(ui1+ui2+uin)(4-14)i1i2ioF fF12nnuuuuR iRRRR ()项目四 集成音频放大电路的制作与调试2)减法运算电路(1)利用两级运算放大器实现减法运算。利用两级运算放大器实现减法运算的电路如图4-13所示。第一级为反相放大电路，若取RF1=R1，则uo1=ui1。第二级为反相加法运算电路，可导出(4-15)F2F2oo1i2i1i222RRuuuuuRR()()项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-13 利用两级运算放大器实现减法运算项目四 集成音频放大电路的制作与调试若取R2=RF2，则有uo=ui
24、1ui2(4-16)于是实现了两信号的减法运算。项目四 集成音频放大电路的制作与调试(2)利用反相求和实现减法运算。利用反相求和实现减法运算的电路如图4-14所示。ui2经R2加到反相输入端，ui1经R1加到同相输入端。根据叠加原理，首先令ui1=0，当ui2单独作用时，电路成为反相放大电路，其输出电压为再令ui2=0，ui1单独作用时，电路成为同相放大电路，同相端电压为Fo2i21RuuR 3i123RuuRR项目四 集成音频放大电路的制作与调试则输出电压为这样，当ui1和ui2同时输入时，有(4-17)FF3o1i1112311RRRuuRRRRu()()()F3Foo1o2i1i2123
25、21()()RRRuuuuRRRRu项目四 集成音频放大电路的制作与调试当R1=R2=R3=RF时，有uo=ui1ui2(4-18)于是实现了两信号的减法运算。图4-14所示的减法运算电路又称差动放大电路，该电路具有输入电阻低和增益调整难两大缺点。为满足高输入电阻及增益可调的要求，工程上常采用由多级运算放大器组成的差动放大电路。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-14 利用反相求和实现减法运算的电路项目四 集成音频放大电路的制作与调试例例4.2 加减法运算电路如图4-15所示，求输出与各输入电压之间的关系。解解：本题输入信号有四个，可利用叠加原理求之。当ui1单独输入、其他输入端接地时，
26、有 当ui2单独输入、其他输入端接地时，有Fo1i1i111.3RuuuR Fo2i2i221.9RuuuR 项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-15 例4.2图项目四 集成音频放大电路的制作与调试 当ui3单独输入、其他输入端接地时，有 当ui4单独输入、其他输入端接地时，有由此可得uo=uo1+uo2+uo3+uo4=1.3ui11.9ui2+2.3ui3+1.15ui4F45o3i3i312345/12.3/RRRuuuRRRRR()()F35o4i4i412435/11.15/RRRuuuRRRRR()()项目四 集成音频放大电路的制作与调试3.积分运算与微分运算电路积分运算与微
27、分运算电路1)积分运算电路图4-16所示为积分运算电路。根据虚地的概念，uA0，iR=ui/R。再根据虚断的概念，有iCiR，即流过电容C的电流iC=ui/R。假设电容C的初始电压为零，那么(4-19)ioCi111ddduuittu tCCRRC 项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-16 积分运算电路项目四 集成音频放大电路的制作与调试上式表明，输出电压为输入电压对时间的积分，且相位相反。当求解t1到t2时间段的积分值时，有(4-20)式中，uo(t1)为积分起始时刻t1的输出电压，即积分的起始值；积分的终值是t2时刻的输出电压。当ui为常量Ui时，有(4-21)21oio11dttu
28、u tu tRC()oi21o11uU ttu tRC()()项目四 集成音频放大电路的制作与调试积分电路的波形变换作用如图4-17所示。当输入为阶跃波时，若t0时刻电容上的电压为零，则输出电压波形如图4-17(a)所示。当输入为方波和正弦波时，输出电压波形分别如图4-17(b)和(c)所示。当输入电压为一恒定值Us，且UC(0)0，则输出电压为Uo随时间线性变化，但是Uo不会无限制增大，因为它要受到集成运放电源电压的限制，最后只能达到饱和值Uo(sat)，而不再变化，如图4-18所示。tCRUU1so项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-17 积分运算在不同输入情况下的波形项目四 集成音
29、频放大电路的制作与调试图4-18 输入为直流信号时积分运算的输出波形项目四 集成音频放大电路的制作与调试例例4.3 电路及输入波形分别如图4-19(a)和(b)所示，电容器C的初始电压uC(0)=0，试画出输出电压uo稳态的波形，并标出uo的幅值。解解：当t=t1=40 s时，有当t=t2=120 s时，有得输出波形如图4-19(b)所示。6io11391040 108V10 105 10uuttRC ()6io2o12139512040108010 105 10VuututttRC()()()()项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-19 例4.3电路及输入、输出波形项目四 集成音频放大
30、电路的制作与调试2)微分运算电路将积分电路中的R和C位置互换，就可得到微分运算电路，如图4-20所示。在这个电路中，A点为虚地，即uA0。再根据虚断的概念，则有iRiC。假设电容C的初始电压为零，那么有，则输出电压为(4-22)上式表明，输出电压为输入电压对时间的微分，且相位相反。iCdduiCtioRdduui RRCt 项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-20 微分运算电路项目四 集成音频放大电路的制作与调试实用微分电路如图4-21(a)所示，它在输入端串联了一个小电阻R1，以限制输入电流；同时在R上并联稳压二极管，以限制输出电压，这就保证了集成运算放大器中的放大管始终工作在放大区。
31、另外，在R上并联小电容C1，起相位补偿作用。该电路的输出电压与输入电压近似为微分关系，当输入为方波，且RCfL以后，电压放大倍数下降很快，即高于fL的高频信号被衰减，低于fL的低频信号可通过，故为低通滤波器。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-24 低通滤波器幅频特性项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.2.4 集成运算放大器的非线性应用集成运算放大器的非线性应用一、一、非线性应用条件及分析方法非线性应用条件及分析方法1.非线性应用条件集成运算放大器非线性应用的条件是集成运算放大器处于开环或正反馈状态，电路如图4-25所示。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-25 集成运算放大器
32、的非线性应用的电路状态项目四 集成音频放大电路的制作与调试2.分析方法分析方法 开环时，当u+为同相输入电压，u为反相输入电压，则运算放大器差模输入电压uid=u+u，而uo=Auduid=Aud(u+u),由于Aud,则有：当uid0时，uo=Uo(sat);当uid=0时，uo发生跳变。项目四 集成音频放大电路的制作与调试二、二、基本电路基本电路电压比较器的作用是对输入的信号进行幅度鉴别和比较，将鉴别或比较的结果，用高电平或低电平形式输出。它是模拟电路与数字电路联系的桥梁，广泛用于自动控制、测量、波形产生与变换等方面。1.单值电压比较器单值电压比较器单值电压比较器的电路及传输特性曲线如图4
33、-26所示。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-26 单值电压比较器项目四 集成音频放大电路的制作与调试2.滞回电压比较器滞回电压比较器具有滞回特性的电压比较器能克服单值电压比较器的抗干扰能力差的缺点，具有一定的抗干扰能力，图4-27(a)就是常用的滞回比较器。滞回电压比较器是在单值比较器的基础上，从输出端引出一个电阻分压支路到同相接入端，形成正反馈。由于输出端有Uo(sat)和Uo(sat)两个可能的取值，因此该电路存在两个阈值电压，即323R2o(sat)1TRRRURUU323R2o(sat)T2RRRURUU项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-27 滞回电压比较器电路原理图
34、及传输特性曲线项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.3.1 集成运算放大器线性应用电路测试训练集成运算放大器线性应用电路测试训练一、一、测试目的测试目的(1)掌握用集成运算放大器组成各种基本运算电路的方法；(2)了解集成运算放大器的外形、引脚功能及正确使用方法。4.3 项项 目目 实实 施施项目四 集成音频放大电路的制作与调试二、二、测试说明测试说明集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路，其用途非常广泛，几乎渗透到电子技术的各个领域。当其外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以方便的实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，则可组成比例、加法、减法、积
35、分、微分、对数等各种模拟运算电路。1.反相比例运算电路反相比例运算电路反相比例运算电路如图4-28所示。若为理想运算放大电路，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为i1FouRuR项目四 集成音频放大电路的制作与调试2.反相加法运算电路反相加法运算电路电路如图4-29所示，输出电压与输入电压之间的关系为图中平衡电阻R3的大小为R3=R1R2RF 图4-28 反相比例运算电路)(i22Fi11FouRuRuRR项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-29 反相加法运算电路项目四 集成音频放大电路的制作与调试3.同相比例运算电路同相比例运算电路图4-30(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输
36、入电压之间的关系为图中平衡电阻R2的大小为R2=R1RF。当R1时，uo=ui，即得到如图4-30(b)所示的电压跟随器。图(b)中R2=RF，R2用以减小温度漂移和起保护作用。电压跟随器中RF一般取10 k，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随器的性能。i1FouRu)1(R项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-30 同相比例运算电路项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.减法运算电路减法运算电路(差动放大电路差动放大电路)对于图4-31所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF时，有如下关系式)(i1i21FouuRuR项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-31 减法运算电路项
37、目四 集成音频放大电路的制作与调试5.反相积分运算电路反相积分运算电路 反相积分运算电路如图4-32所示。在理想化条件下，输出电压如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压，并设uC(0)0，则tudtuCR(t)u0Ci1o(0)1tCREtECR(t)ut101od1项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-32 积分运算电路项目四 集成音频放大电路的制作与调试在进行积分运算之前，首先应对集成运算放大器调零。为了便于调节，将图中开关S1闭合，即通过电阻R2的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将S1打开，以免因R2的接入造成积分误差。S2的设置一方面为积分电容放电提供通路，可实现积分电容初始
38、电压uC(0)0；另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号ui后，只要S2打开，电容将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。本训练所用的集成运算放大器uA741各引脚排列如图4-33所示，简易信号源如图4-34所示。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-33 集成运算放大器uA741管脚图项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-34 简易信号源项目四 集成音频放大电路的制作与调试三、三、训练内容训练内容1.反向比例运算电路反向比例运算电路(1)接图4-28所示电路连接实验电路。(2)接通12 V直流电源，将电路输入端对地短接，用直流电压表监测输出端对地电压Uo，同时调节RW使Uo=0。(
39、3)输入端对地加入f=1 kHz、Ui=0.5 V的正弦信号，测量对应的输出电压Uo，并用示波器观察Uo和Ui的波形，记入表4-2中。项目四 集成音频放大电路的制作与调试表表4-2 反相比例运算反相比例运算项目四 集成音频放大电路的制作与调试2.同相比例运算电路同相比例运算电路(1)按图4-30(a)所示电路图连接实验电路，实验测试内容及步骤同上，结果记入表4-3中。(2)将图4-30(a)中的R1断开，得如图4-30(b)所示的电压跟随器，重复测试以上内容，结果记入表4-3中。项目四 集成音频放大电路的制作与调试表表4-3 同相比例运算同相比例运算项目四 集成音频放大电路的制作与调试3.反相
40、加法运算电路反相加法运算电路按图4-29及图4-34所示的电路图连接实验电路及信号源。输入f=1 kHz，Ui分别取0.1 V、0.2 V、0.3 V、0.4 V、0.5 V的正弦信号，测量对应的Ui1、Ui2及Uo，记入表4-4中。项目四 集成音频放大电路的制作与调试表表4-4 反相加法运算反相加法运算项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.减法运算电路减法运算电路按图4-31所示电路图连接实验电路。信号源及实验测试内容同上，结果记入表4-5中。项目四 集成音频放大电路的制作与调试表表4-5 减减 法法 运运 算算项目四 集成音频放大电路的制作与调试5.积分运算电路积分运算电路(1)按图4-
41、32所示电路图连接实验电路。(2)打开开关S2，闭合开关S1，对运算放大器进行调零。(3)预先调好直流输入电压Ui=0.5 V,接入实验电路，打开开关S2，用直流电压表测量输出电压Uo，每隔5 s读一次输出电压Uo并记入表4-6中，直到Uo不再明显增大为止。项目四 集成音频放大电路的制作与调试表表4-6 积分运算积分运算项目四 集成音频放大电路的制作与调试四、预习及思考1.阅读教材中有关集成运算放大器的相关内容，并根据电路参数计算各电路输出电压的理论值。2.为了不损坏集成块，在测试中要注意哪些问题。项目四 集成音频放大电路的制作与调试4.3.2 项目操作指导项目操作指导一、一、制作工具、制作工
42、具、设备与测试仪器仪表设备与测试仪器仪表电路焊接工具：电烙铁(20 W35 W)、烙铁架、焊锡丝、松香。加工工具：剪刀、尖嘴钳、平口钳、螺丝刀、镊子等。测试仪器仪表：万用表、示波器。二、二、电路整体安装方案设计电路整体安装方案设计电路整体安装方案设计如图4-35所示。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-35 电路整体安装方案设计图项目四 集成音频放大电路的制作与调试三、三、元器件检测与识别元器件检测与识别1.集成电路检测指导集成电路检测指导一个确定型号的集成电路在使用前，必须对其作用、引脚排列及功能、各种电气性能参数等做全面了解，了解的途径有查阅相关集成电路手册或浏览相关网站、网页等。集
43、成电路的检测包括外观检测和电气性能检测两部分。外观检测可采用观测的方法看集成电路标志是否清晰，外表是否有划痕、裂纹、断脚等缺陷，金属表面是否氧化、锈蚀等；电气性能检测一般需要根据不同的集成电路类型，采用不同的专用仪器或设备进行检测，在没有条件的情况下，一般采用在电路中通过测量相关引脚上的电压、电流及输入、输出波形等电路参数的方法来判断其质量的好坏及性能的优劣。项目四 集成音频放大电路的制作与调试2.运算放大器运算放大器NE5532介绍介绍NE5532是高性能、低噪声运算放大器，与很多标准运算放大器(如LM1458)相似，它具有较好的噪声性能、优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽与电源电压范围
44、大等特点。NE5532的引脚排布图如图4-36所示。项目四 集成音频放大电路的制作与调试图4-36 NE5532引脚排布图项目四 集成音频放大电路的制作与调试四、四、整机装配整机装配1.电路板装配电路板装配电路板装配应遵循“先低后高”的原则:先安装电阻R1R6;后安装集成电路IC插座、瓷片电容器C2、C4、C6；再安装插座CT-CK、CT-RP、CT-Uo、CT-Ucc以及测试端子TP-Ui、TP-Uo和一个接地端子GND；最后安装电解电容C1、C3、C5、C7。电路板上的元器件装配完毕后，将集成电路IC(NE5532)按规定方向插入IC插座内。项目四 集成音频放大电路的制作与调试2.机座装配
45、机座装配按电路整体安装方案要求，将传声器插口CK、音量电位器RP安装在机座的面板上。按电路要求用加工好的连接导线分别连接传声器插口CK、音量电位器RP。3.整机装连整机装连将装配好的电路板固定在机座上，将传声器连接线连接至电路板CT-CK，将音量电位器连接线连接至电路板CT-RP，将输出口CT-Uo连接线连接至低频功率放大电路电路板，将直流稳压电源+12 V输出线连接至电路板CT-Ucc，如图4-35电路整体安装方案设计图所示。项目四 集成音频放大电路的制作与调试五、五、电路调试电路调试1.电路调试步骤电路调试步骤先调整、测试电路静态工作点，再测量电路交流放大倍数，最后测试负反馈电路参数(R5
46、、R4)对电路放大倍数的影响。2.电路调试方法电路调试方法(1)仔细检查、核对安装电路的元器件参数、电解电容的极性、集成电路的安装方向，确认无误后加入规定的稳定直流电压(+12 V)。项目四 集成音频放大电路的制作与调试(2)电路静态工作点的调整、测试。先用万用表测量IC(NE5532)第3引脚的直流电压，正常时应为IC第8引脚电源电压的一半。若有偏差，可采用调节分压偏置电路电阻R2、R3大小的方法实现。IC第3引脚的直流电压正常后，再用万用表测量IC其他引脚直流电压，并记录数据。(3)电路正常工作时，电路交流放大倍数的测量。电路正常工作时，用低频信号发生器在输入信号测试端TP-Ui输入1 k
47、Hz的正弦波信号，调节输入(信号发生器输出)信号的大小，使输出测试端TP-Uo的输出信号波形不失真。用示波器或电子电压表测量电路此时输入、输出信号ui、uo的大小，记录数据填入表4-8中，并计算出电路的放大倍数。项目四 集成音频放大电路的制作与调试(4)改变负反馈电路电阻R5、R4的比值时，电路交流放大倍数的测量。改变负反馈电路电阻R5、R4的比值后，同样用低频信号发生器在输入信号测试端TP-Ui输入1 kHz的正弦波信号，调节输入(信号发生器输出)信号的大小，使输出测试端TP-Uo的输出信号波形不失真。用示波器或电子电压表测量电路此时输入、输出信号ui、uo的大小，记录数据填入表4-8中，并
48、计算出电路的放大倍数。比较(3)与(4)的测量数据，总结负反馈电阻R5、R4对放大倍数的影响并列出放大倍数的调整方案。项目四 集成音频放大电路的制作与调试表表4-8 电路交流放大倍数的测量与调整电路交流放大倍数的测量与调整项目四 集成音频放大电路的制作与调试六、六、故障分析与排除故障分析与排除1.静态工作点不可调静态工作点不可调静态工作点的调整见上节第(2)步。若IC第3引脚的直流电压不可调，可先将集成电路(NE5532)从IC插座上拔出，再测量IC插座第3引脚的直流电压。若此时电压正常可调，则需更换集成电路(NE5532)或检查C3、C5(看是否短路或严重漏电)；若此时电压仍不可调，则需查看
49、电容C1、C2与供电电压是否正常以及印制线路、电路焊接的质量。项目四 集成音频放大电路的制作与调试2.放大倍数小放大倍数小在电路静态工作点正常的前提下，放大倍数的大小取决于集成电路(NE5532)、负反馈电路、输入电路、输出电路的参数与装配质量。放大倍数小的检修步骤与方法如下：(1)更换集成电路NE5532，若故障排除，则故障在集成电路内部；若故障依然存在，则故障在集成电路外围电路。项目四 集成音频放大电路的制作与调试(2)拔出集成电路NE5532，用低频信号发生器在输入信号测量端TP-Ui输入1 kHz的正弦波信号，用示波器或电子电压表检测IC插座第3引脚的信号。若信号正常(与TP-Ui端输
50、入的信号一样)，表明输入电路正常，故障在负反馈电路或输出电路;若信号不正常(比TP-Ui端输入的信号小很多或为零)，则需检查传声器插座CK、电阻R1、电容C2的印制线路是否存在对地短路以及检查电容C2、IC插座、测试端TP-Ui的印制线路是否存在断开和虚焊、假焊。项目四 集成音频放大电路的制作与调试(3)拔出集成电路NE5532，用低频信号发生器在IC插座第1引脚输入1 kH的正弦波信号，用示波器或电子电压表检测输出信号测试端TP-Uo的信号。若信号正常(调节音量电位器能改变输出信号的大小，最大值与输入端的信号一样)，表明输出电路正常，故障在负反馈电路；若信号不正常(比IC插座第1引脚输入的信
