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教学项目六 运算放大器应用电路制作

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    • 1、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

      2、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

      3、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

      4、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

      5、 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、

      6、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

      7、 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

      8、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

      9、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

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