教学项目六 运算放大器应用电路制作

江苏省盐城技师学院 电气工程系 江苏省盐城技师学院 电气工程系 教学项目五 振荡器的制作 任务1基本振荡电路的安装与调试 本任务是一个闪烁电路（ 如图5-1），两个三极管 构成两级直接耦合放大器 ，然后在后级输出端a通 过R1、C1连接到输入端 b，构成正反馈，实现振 荡。接通电路，发光二极 管将不停地闪烁，就像一 盏航标灯，同时喇叭发出 节拍声。调节电位器，就 可以调节闪烁频率。 任务引入与分析 相关知识 1、振荡的基本知识 （1）、自激振荡的现象 图5-2 扩音系统的自激振荡现象图示 （2）、振荡条件 相位平衡条件：A + F = 2n （n = 0，1，2 ，） A是放大电路的移相；F是反馈网络的移相 。 幅度平衡条件： AF=1 (3)、振荡器的分类 振荡器主要分为RC，LC振荡器和晶体振荡器 （1）RC振荡器采用RC网络作为选频移相网络的振荡器统称为RC正弦振荡 器,属音频振荡器。 （2）LC振荡器采用LC振荡回路作为移相和选频网络的正反馈振荡器称为 LC振荡器。 LC振荡器的分类变压器耦合：单管LC正弦振荡器、差分对管LC正弦 振荡器 三点式：电容三点式(考毕兹)振荡器 电感三点式(哈特莱)振荡器 改进三点式：克拉泼振荡器、西勒振荡器 差分对管振荡器 (3)晶体振荡器 振荡器的振荡频率受石英晶体控制的振荡器。 2、简单的RC充放电振荡电路 电路组成及工作原理：开机时，VT1、VT2均截止，电 源经Rp、R2、C1、R1、喇叭对C1充电，在VT2基极电 位达到0.7V以前VT2均截止，a点输出低电平（如图5-4 （b）；当基极电位达到0.7V时VT1、VT2导通，a点 出现高电平，电源经VT2的ce、R1、C1、VT1的be对 C1反方向充电，充电电流加速并维持、VT2的导通，a 点维持高电平，一旦C1充电结束，三极管转向截止，从 而出现循环往复图5-4（c）。调节Rp和R3、R1、C1 均可改变充放电的时间常数，从而调节振荡频率。充放 电时间常数主要由Rp、R2、R1、C1决定 5-4 RC充放电振荡电路电路组成及工作原理（a、b） 图5-4 RC充放电振荡电路电路组成及工作原理（c） 3多谐振荡器 （1）电路组成 图5-5多谐振荡器 （2）、工作原理 接通电源，因为两个管子均接有正常的上偏置电阻，所以必 定要趋向导通，若VT1先行导通，则极电位下降，经C1耦合使 VT2加速截止，而在C极输出高电位，经C2耦合使VT1加速达到 饱和，输出低电平，此为电 路的一个稳态 （VT1饱和、VT2截 止）。 因VT1饱和，电源经R3、C1、VT1的ce到地，对C1充电，当 C1负极充得0.7V电压时 ，VT2趋向导通，VT2 C极输出低电平 脉冲，经C2 耦合使VT1趋向截止，VT1的c极输出正脉冲经C1使 VT2加速饱和，正反馈后VT2切底饱和，VT1切底截止，此为电 路的第二稳态 （VT1饱和、VT2截止）。R1、C1、R3、C2的参 数决定振荡频 率。 1、元器件的选择与安装 对照原理图5-1合理选择并安装元器件。 2、元器件的检测 （1）参照项目1用万用表电阻挡对所有元件逐一进行测 量。 （2）光敏电阻在光暗时（用黑纸挡住光线）电阻值很 大，光亮时（阳光直射）电阻值下降到几百欧姆。阻值 相差越大越好，测量时用万用表电阻挡R*10K挡位。 （3）喇叭用R*1低阻挡测量，正常电阻为8。在测量 瞬间细听喇叭发音，应发出“嚓、嚓、嚓”的声音，用手 指轻击纸盆，手感应无卡阻现象。 （4）PNP型三极管在测量时与NPN型不同的是“红”、“ 黑”表棒的位置刚好相反。 任务实施 3、安装、调试与检测 （1）安装元件 本任务采用印刷电路板（也可采用万能板），如图5-7所示。图中 已根据电路原理图将电路转换到敷铜板上，各个焊点不再独立，已 经通过铜箔相互构成了连线，这样就免除了繁琐的布局设计和连线 环节，同学们只要按装配图安装好元件就可以了，整个制作变得简 单、快捷，这样更适合于产品的批量生产。产品型电子设备均采用 印刷电路板安装。 请对照装配图将铜箔面对自己，从背面插入相应的元件，微量弯脚 。 （2）焊接 图5-7中白色小圆点为焊点，灰色部分为阻焊剂。因为印刷电路板 尺寸比较小，元件紧密，相邻焊点容易相碰，焊接时特别要注意。 如果发现相邻焊点短路，应立即用电烙铁吸除多余焊锡，并将烙铁 头上的多余焊锡敲击在烙铁架上，重复几次，即可将两焊点分开， 也可以用牙签在焊锡熔化时将它们分开。 （3）调试与检测 检查无误后，接通3V电源（注意正负极），若电路正确，发光二极 管将出现闪烁，同时喇叭中伴有节拍声。调节Rp，使电路的静态 工作点发生变化，你将看到闪烁的频率发生变化。若进而减小或增 大R2，你将看到偏置电阻太小或太大时电路均发生停振现象，太 小时电路工作在饱和区，太大时电路工作在截止区，只有在放大区 电路才会正常地起振荡。 4、故障检修与模拟 （1）故障检修（以音频振荡状态为例） 接上电源，若无振荡输出，可用万用表电压挡测量两只三极管 UBE的数值，如果均为0.7V左右，则说明静态偏置正常，此时应立 即检查VT2是否过热，如发热应马上断电检查。因停振时电路的静 态电流会很大，极易损坏输出管和喇叭。 然后重点检查R1、C1反馈支路是否开路，喇叭是否卡死或烧坏； 如果各UBE无0.7V左右的电压，则应检查偏置电路有无开路，重点 检查支路。特别指出的是，偏置电阻过大或过小，三极管将进入饱 和区或截止区，均可引起电路不起振。正常起振时，UBE1值为 0.1V或负压，UBE2值为0.4V左右；停振时（如C1开路），各UBE 值均升高到0.7V左右。 （2）故障模拟 用剪刀在正面将元件剪断或用电烙铁正面焊接短路线，可模拟出 逼真的故障现象，只要检修者不看正面元件，就可以进行振荡电路 的排故训练，训练检修技能。 参考开路元件有Rp、R2、R1、VT1、VT2、喇叭等。 参考短路元件有Rp、C1等。 设置故障后，按上述故障检修思路分析、检修。 图5-6光敏电阻 图5-7印制电路板图 评价方式采用教师评价、组与组之间评价 相结合的模式。 总结与回顾自我学习的客观过程。思考一 下，在专业知识、专业技能上学到了什么 ，存在什么问题。 任务评价与总结 1、用瞬时极性法判定多谐振荡器是一个正反馈放大器，在图6-12 （a）中用虚线标出放大器方框和正反馈方框。 2、振荡电路产生自激振荡需要哪些条件？用单管放大器能否产生 自激振荡？ 3、本任务在发生音频振荡状态时为什么发光二极管一直亮着而不 再闪烁？ 4、要提高振荡频率，可采取哪些调整措施？ 5、调试时，如果C1或R1不小心开路，会产生什么样的后果？如果 你不怕输出管和小喇叭过流发热，你也可以用实验的方法去试试！ 6、利用简易振荡器制作电子动物叫声发生器。如果没有印刷电路 板，可使用多功能安装板或纸板电路。请查阅资料制作。 任务延伸与拓展 任务2 RC振荡电路的安装与调试 简易电容充放电自激振荡器电路简单，容易起 振，但它输出的是非正弦波，在有些对波形要 求较高的场合就不能满足要求了。RC振荡电路 只要在正反馈网络中增加选频环节，它能在包 含多个谐波的非正弦波中选中某种频率，产生 振荡，输出波形良好的正弦波，所以RC振荡器 在电子产品中得到广泛的应用，配合集成运算 放大器构成的RC桥式振荡器更加简单、性能更 加稳定。 任务引入与分析 本任务利用大家很熟悉的普通两级同相输出放大器，配合具有选频 功能的正反馈网络，实现正弦波的振荡，如图5-8所示。在负载前 加了输出级，可驱动耳机或小喇叭发声作为监听，电路具有幅度调 节和频率调节的功能，有较高的频率稳定性，是一个实用的音频信 号发生器，可为电子产品的检修、调试、实验提供稳定且波形良好 的信号源。 图5-8RC串并联选频电路 相关知识 1、RC串并联选频电路 RC串并联网络存在一个选频点f0 ，当外来信号f=f0时 输出幅度最大，相移为0。当C1=C2，R1=R2时选频 频率为f0=1/2RC。 2、RC桥式正弦波振荡电路 （1）电路组成 图5-10 RC桥式振荡器结构电路 (2)、工作原理 本任务的电路可简要表示为图5-10，R1、C1和R2、C2为正反馈支路，R11和 R5为负反馈支路，起稳定和改善波形的作用。正反馈支路分压点接放大器的同 相输入端（b极），负反馈支路的分压点接放大器的反相输入端（e极）。两支 路构成四个相对桥臂，“+”端和“-”端分别接在两桥臂的一组对角上，放大器的两 输出端分别接在桥臂的另一组对角上。这种振荡电路满足振荡器的相位平衡条件 ，并且具有负反馈环节和功能。图6-17中的放大器如果用集成运放代替，则电路 更为简洁、明了，制作与调试都容易。桥式振荡电路具有较高的稳定性和较大的 频率调节范围，输出正弦波形好，所以被广泛采用。 改变电路中的R1、R2或C1、C2均能调节频率，如果R1、R2采用同轴双边电位 器，可方便地调节频率。调节R11和R5的比值，可方便地调节负反馈深度，从 而改变输出幅度。 本任务中的放大器采用两级分立元件同相放大电路，VT3为射极输出器，主要是 降低输出电阻，稳定输出幅度，同时驱动喇叭发声。 1、元器件的检测 2、布局设计与安装 3、调试与检测 通电后若电路无误，喇叭中就有音频叫声发出，改变频率调节电位 器的阻值，可听到音调高、低的变化。不管电路是否正常，调试与 检测还必须要进行。请用万用表直流电压挡测量表中各点电压，填 中表5-3中，并与正常值比较。如果差别很大，按表中的建议进行 调整。如果电路的频率范围不太满足要求，还可以调节负反馈支路 的反馈电阻R11，以改变负反馈的深度，从而改变音质或输出幅度 。 本电路的三极管偏置范围比较宽，测试时只要两个三极管工作在放 大区，一般电路就能起振。所以，静态工作点与表所给的数据偏离 一些是没有大问题的，只要不进入截止区（UCE接近12V）或饱和 区（UCE小于0.7V），电路都能工作。需要说明的是，本电路音量 比任务1轻得多，但波形和稳定性比任务1好得多。 任务实施 测量内容 结果 UBE1UC1UCE1UBE2UC2UCE2UE3 输出端 交流电压 输出波形 正常电压值 （停振或起振 0.65 V或 0.5V 8V或 6.5V 0.65 V或- 1V 8V或 5V 6.3V或 8V 35V 实际测 得的电压 值 参考调整元件R3R3、R6 R7、 R3 R7、 R10 R7、 RP2 表5-3 关键点电压检测表 5、故障检修与模拟 （1）故障检修 振荡电路是否起振的判定方法是：检测各振荡三极管的UBE值，没有起 振时的电压与放大电路相同，均为0.7V左右，起振后的UBE一般均出现负 压或电压明显变小。像本电路中UBE2和UBE3均出现-1V-2V的负压，表 示电路已起振，所以你可以利用将C1开路或C2短路的方法（如眉毛钳碰 C2两端）。仔细观察各UBE是否有变化，来判定电路起振是否。一般前置 级变化小，如UBE1短路前为0.65V，短路后为0.6V，只要看到了“变 化”就说明电路起振了。 但短路时要根据具体电路，以短路后不影响静态工作点为原则，可 以采用将输入短路到地或将输入端开路两种方法。为了避免直流短 路现象的发生，也可以用一个47uF以上的大电容将输入端短路到 地。 短路前为0.65V，短路后为0.6V，只要看到了“变化”就说明电路起振了。 但短路时要根据具体电路，以短路后不影响静态工作点为原则，可以采用 将输入短路到地