項目三

溫度控制器的制作與調(diào)試任務(wù)二

組裝與調(diào)試溫度控制器任務(wù)一

認識與檢測集成運算放大器02溫度控制器的制作與調(diào)試01任務(wù)一

認識與檢測集成運算放大器任務(wù)評價任務(wù)總結(jié)虛擬仿真實踐操作任務(wù)目標原理探究12456837任務(wù)引入任務(wù)拓展熟悉集成運放的組成及各部分的作用；認識集成運放的符號；并理解理想集成運放的特點。任務(wù)目標黨的二十大報告中提出“必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力”。早在20世紀80年代，華為就開始在通信領(lǐng)域進行創(chuàng)新和研發(fā)，1998年推出的第一款海思K3V1芯片，標志著華為芯片在通信領(lǐng)域的首次突破。隨著華為的快速發(fā)展，華為加強了與高校和科研機構(gòu)的合作，建立了自己的芯片研發(fā)團隊，自主研發(fā)能力顯著提升。例如，在5G通信領(lǐng)域，華為率先推出了自主研發(fā)的5G基帶芯片—巴龍5000。該芯片具有高集成度、低功耗、高速率等優(yōu)勢，可以適配不同的5G頻段和制式。任務(wù)引入原理探究3.1.1集成運算放大器的基本組成3.1.2集成運放的圖形符號、引腳排列及特點3.1.3集成運放的主要技術(shù)指標3.1.4集成運放的理想化條件及傳輸特性3.1.5集成運算放大器的使用3.1.1集成運算放大器的基本組成從分立元器件電路到集成電路LM358

集成電路（IntegratedCircuit，IC）又稱為芯片（Chip），是一種將一個電路所包含的三極管和其他必要的元器件全部集合在一塊半導(dǎo)體晶片上，并封裝在同一個“外套”中的元器件。如果有需要，任何一個電路都可以被封裝成一個集成電路。3.1.1集成運算放大器的基本組成集成電路的常見封裝形式

集成電路最主要的優(yōu)點是體積小，像LM358的尺寸只有9.2mm（長）×6.4mm（寬）×6.7mm（高），這比起用分立元器件做成的電路的體積小得多。3.1.1集成運算放大器的基本組成集成運算放大器簡稱為集成運放，它實質(zhì)上是用集成電路工藝制成的具有高增益、高輸入電阻、低輸出電阻的一個多級直接耦合放大器。集成運放是模擬電子技術(shù)領(lǐng)域中的核心器件。包含四個基本組成部分：輸入級、中間級、輸出級、偏置電路。3.1.1集成運算放大器的基本組成運放輸入級采用差分放大電路，利用其對稱特性提高整個電路的共模抑制比和電路性能。運放的中間級一般由多級放大電路組成。用來提高電路電壓增益。運放的輸出級通常由互補電壓跟隨器構(gòu)成，用來降低輸出電阻，提高運放的負載能力。

偏置電路的主要作用是向各級提供合適的偏置電流。以保證各級放大電路具有合適的靜態(tài)工作點。差分輸入級中間放大級輸出級偏置電路3.1.1集成運算放大器的基本組成3.1.2集成運放的圖形符號、引腳排列及特點說明：有兩個輸入端，即反相輸入端和同相輸入端，分別用“—”、“十”表示，有一個輸出端。輸出電壓與反相輸入端輸入電壓相位相反，而與同相輸入端輸入電壓的相位相同。3.1.2集成運放的圖形符號、引腳排列及特點（a）國家標準符號（b）習(xí)慣通用符號A反相輸入端同相輸入端輸出端3.1.2集成運放的圖形符號、引腳排列及特點扁平式圓殼式單列直插式雙列直插式3.1.2集成運放的圖形符號、引腳排列及特點倒角凹坑散熱板1716單列直插型集成電路的識別標記，有的用倒角，有的用凹坑。這類集成電路引腳的排列方式也是從標記開始，從左向右依次為1、2、3……圓形結(jié)構(gòu)的集成電路引腳排列方式為：從識別標記開始，沿順時針方向依次為l、2、3……。標記標記18714

扁平型封裝的集成電路多為雙列型，一般在端面一側(cè)有一個類似引腳的小金屬片，或者在封裝表面上有一色標或凹口作為標記。其引腳排列方式是：從標記開始，沿逆時針方向依次為1、2、3……。3.1.2集成運放的圖形符號、引腳排列及特點

把兩個甚至多個運放制作在同一芯片上,這種高密度封裝，不僅縮小體積，更重要的是在同一芯段上同時制作多個運放，溫度變化一致，電路一致性好。雙運放LF353引腳排列四運放LM324引腳排列3.1.2集成運放的圖形符號、引腳排列及特點3.1.3集成運放的主要技術(shù)指標3.1.3集成運放的主要技術(shù)指標①電源電壓范圍

不同型號的集成運放所能承受的工作電壓范圍不盡相同。在給集成運放供電時，最好低于其極限供電電壓值，確保其安全可靠地工作。此外還要根據(jù)電路是雙電源（正、負電源）供電還是單電源供電來選擇集成運放，因為大部分集成運放必須采用雙電源供電，而有些集成運放則采用兩種供電方式均可，如LM358、LM324等。②開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)AodAod是指開環(huán)時，集成運放的輸出電壓與輸入差模電壓之比。3.1.3集成運放的主要技術(shù)指標3.1.3集成運放的主要技術(shù)指標③輸入電壓范圍UimUim是指加在集成運放反相輸入端或同相輸入端的信號的電壓范圍。④開環(huán)差模輸入電阻RidRid是指在開環(huán)的情況下，集成運放兩個輸入端之間的等效電阻。⑤開環(huán)差模輸出電阻RodRod是指在開環(huán)的情況下，從集成運放輸出端看進出的等效電阻。⑥共模抑制比KCMRKCMR是指集成運放的開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod與開環(huán)共模電壓放大倍數(shù)Aoc之比的絕對值，反映了集成運放對共模信號的抑制能力，數(shù)值越大代表能力越強。⑦開環(huán)頻帶寬度BWBW是指集成運放的開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod下降3dB時所對應(yīng)的信號頻率范圍。3.1.4集成運放的理想化條件及傳輸特性

1.理想集成運放及其分析方法（1）理想運算放大器理想運算放大器滿足以下各項技術(shù)指標：1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)；2）輸入電阻；3）輸出電阻；4）共模抑制比；5）失調(diào)電壓、失調(diào)電流及它們的溫漂均為0；6）帶寬。在實際操作中，將集成運放理想化，按理想運放進行分析計算，其結(jié)果十分符合實際情況，對一股工程計算來說都可滿足要求。3.1.4集成運放的理想化條件及傳輸特性（2）集成運放的線性區(qū)與非線性區(qū)1）線性區(qū)–UOmuOu+-u-O實際特性非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)+UOm3.1.4集成運放的理想化條件及傳輸特性輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在線性放大關(guān)系①理想運放的凈輸入電壓等于零“虛短”為具體數(shù)值②理想運放的輸入電流等于零。由于Rid=∞，兩個輸入端均沒有電流，即“虛斷”電路處于開環(huán)狀態(tài)或加有正反饋時，工作于非線性區(qū)。在非線性區(qū)，輸出電壓不再隨輸入電壓線性增長，而將達到飽和在非線性區(qū)有如下關(guān)系：–UOmuOu+-u-O實際特性非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)+UOm3.1.4集成運放的理想化條件及傳輸特性由于集成運放差模輸入電阻很大，在非線性應(yīng)用時，輸入電流為零，仍有“虛斷”的特征。2）非線性區(qū)當集成運放工作在開環(huán)狀態(tài)時，只要有差模信號輸入，集成運放都將進入非線性區(qū)，其輸出電壓立即達到正向飽和電壓或負向飽和電壓理想運放工作在非線性區(qū)時，有以下兩條結(jié)論：①②輸入電流為零，“虛斷”在非線性區(qū)仍然成立。

2.集成運放理想化條件在低頻情況下使用和分析集成運放電路時，可以近似地把它看成理想集成運算放大器。3.電壓傳輸特性電壓傳輸特性是輸出電壓與輸入電壓（同相輸入端與反相輸入端之間電壓差值）的關(guān)系曲線，函數(shù)式為3.1.4集成運放的理想化條件及傳輸特性3.1.5集成運算放大器的使用1.集成運算放大器的選擇在沒有特殊要求的場合，盡量選用通用型集成運算放大器，當一個系統(tǒng)中使用多個集成運算放大器時，盡可能選用多運算放大器集成電路。2.集成運算放大器參數(shù)的測試μA741的引腳排列

估測運算放大器的放大能力3.1.5集成運算放大器的使用3.集成運算放大器使用注意事項（1）集成運算放大器的電源供給方式1）對稱雙電源供電方式。多采用這種方式供電。正電源（+E）與負電源（-E）分別接于運放的+VCC和-VEE引腳上，可把信號源直接接到運算放大器的輸入腳上，而輸出電壓的振幅可達正負對稱電源電壓。2）單電源供電方式。將-VEE引腳連接到接地端上，在輸入端要加入一直流電位。靜態(tài)時，輸出電壓近似為Vcc/2，為了隔離掉輸出中的直流成分要接入電容。3.1.5集成運算放大器的使用（2）集成運算放大器的調(diào)零問題受輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，當集成運放組成的線性電路輸入信號為零時，輸出往往不等于零。常用的調(diào)零方法有內(nèi)部調(diào)零和外部調(diào)零。內(nèi)部調(diào)零電路3.1.5集成運算放大器的使用外部調(diào)零電路（3）集成運算放大器的自激振蕩問題運算放大器在接成深度負反饋條件下，很容易產(chǎn)生自激振蕩，使放大器的工作不穩(wěn)定。為了消除自激振蕩，有些集成運放內(nèi)部已設(shè)置了消除自激的補償網(wǎng)絡(luò)，有些則引出消振端子，采用外接一定的頻率補償網(wǎng)絡(luò)進行消振，如接RC補償網(wǎng)絡(luò)。（4）集成運算放大器的保護問題集成運放在使用中常因以下3個原因被損壞：輸入信號過大，使PN結(jié)擊穿；電源電壓極性接反或過高；輸出端直接接“地”或接電源，因輸出級功耗過大而被損壞。3.1.5集成運算放大器的使用（4）集成運算放大器的保護問題3.1.5集成運算放大器的使用（b）防止共模電壓過大的保護電路（a）防止輸入差模電壓過大的保護電路2）輸出端保護電路1）輸入端保護電路（a）雙向擊穿穩(wěn)壓二極管接在電路的輸出端（b）雙向擊穿穩(wěn)壓二極管接在反饋回路中（4）集成運算放大器的保護問題3.1.5集成運算放大器的使用3）電源端保護電路：為防止正負電源接反，可利用二極管的單向?qū)щ娦裕陔娫炊舜佣O管來實現(xiàn)保護。電源端保護電路圖為F007仿真模型。

虛擬仿真仿真步驟：（1）熟練運用仿真軟件，熟悉集成運放的型號及引腳。（2）能仿真測量集成運放各引腳之間有無短路。實踐操作（1）查閱資料，識讀集成運放的型號及引腳，填寫表3-1。表3-1

集成運放的引腳號和引腳功能型

號引腳號與引腳功能μA741

F007

CF747AMJ

CF224AL（2）畫出CF747AMJ的引腳排列示意圖。（3）畫出F007的外部接線示意圖，完成圖3-6所示的繪制，標出引腳號。（4）選擇μA741，采用萬用表電阻擋測量其他引腳相對于接地引腳的正、反向電阻值。首先確定接地引腳號，然后根據(jù)要求將測得的阻值填入表3-2中。表3-2

μA741的各引腳對地正、反向電阻值

單位：?測

量

項

目1腳2腳3腳4腳5腳6腳7腳8腳正向電阻值

反向電阻值

任務(wù)評價項

目內(nèi)

容分

值考

核

要

求扣

分

標

準得

分態(tài)度1．操作的積極性2．遵守安全操作規(guī)程3．紀律及衛(wèi)生情況30積極參加實訓(xùn)，遵守安全操作規(guī)程和勞動紀律，有良好的職業(yè)道德和團隊精神不遵守安全操作規(guī)程扣30分，其余酌情扣分

集成運放的識別1．型號識讀2．引腳號辨別3．引腳功能的確定30查閱資料，能識別所給集成運放的型號和引腳，明確引腳功能每錯一處扣5～10分

集成運放的檢測1．電源腳判別2．兩輸入端的判別3．輸出端判別4．輸入、輸出腳判別5．邏輯功能驗證40能正確使用萬用表；能正確識讀引腳及功能判斷和驗證，每錯一處扣2～10分

合計：100得分：注：每項配分扣完為止。任務(wù)總結(jié)任務(wù)拓展1.畫出集成運算放大器的組成框圖，并簡單說明各部分的作用。2.集成運放的理想化參數(shù)有哪些？3.集成運放工作在線性區(qū)時，如何理解其兩個重要的特點？任務(wù)二

組裝與調(diào)試溫度控制器任務(wù)一

認識與檢測集成運算放大器02溫度控制器的制作與調(diào)試01任務(wù)二

組裝與調(diào)試溫度控制器任務(wù)評價任務(wù)總結(jié)虛擬仿真實踐操作任務(wù)目標原理探究12456837任務(wù)引入任務(wù)拓展熟悉集成運放的線性應(yīng)用與非線性應(yīng)用；了解溫度控制器的原理；掌握溫度控制器的制作方法；能對電路中的故障進行檢測；具備組裝和調(diào)試電子電路的能力。任務(wù)目標目前全世界的空調(diào)近80%是在中國生產(chǎn)的，其中以格力空調(diào)使用量最大。早在2011年，格力就提出了“讓天空更藍，大地更綠”的口號，現(xiàn)在更是讓世界愛上“中國造”。溫度控制器是對空調(diào)房間的溫度進行控制的開關(guān)設(shè)備，是集成運放的應(yīng)用之一。任務(wù)引入原理探究3.2.1集成運放的線性應(yīng)用——運算電路3.2.2集成運放的非線性應(yīng)用——電壓比較器3.2.1集成運放的線性應(yīng)用——運算電路-比例運算電路3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路（1）運放線性應(yīng)用的條件及特性1）運放的電壓傳輸特性y=kx（u+-u-）uo3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路1）運放的電壓傳輸特性運放的開環(huán)電壓傳輸特性運放的電壓傳輸特性曲線分為三段，可歸納為運放的兩種工作區(qū)。①線性工作區(qū)：也稱為放大區(qū)，即中間的斜線段，滿足-Uom<uo<+Uom

。此區(qū)中運放的輸出電壓uo與輸入電壓uid呈正向線性比例關(guān)系：由于運放的開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod很大，微小的輸入電壓就可能使uo達到極限值，因此開環(huán)時運放的線性工作區(qū)范圍是很窄的。3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路1）運放的電壓傳輸特性運放的開環(huán)電壓傳輸特性運放的電壓傳輸特性曲線分為三段，可歸納為運放的兩種工作區(qū)。②非線性工作區(qū)：也稱為飽和區(qū)，即兩側(cè)的橫線段。此區(qū)中運放的輸出電壓uo

取值只有兩種可能+Uom或-Uom，并且滿足：3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路2）運放的線性應(yīng)用條件把運放接成負反饋組態(tài)是運放線性應(yīng)用的必要條件。運放接成負反饋組態(tài)負反饋網(wǎng)絡(luò)連接了運放的輸出端與反相輸入端3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路（3）運放線性應(yīng)用時的特性在低頻應(yīng)用時，實際運放可視為理想運放。理想運放在深度負反饋時有以下特性。①閉環(huán)放大倍數(shù)Af主要由反饋系數(shù)決定。③串聯(lián)負反饋電路Rid→∞，并聯(lián)負反饋電路Rid→0，電壓負反饋電路Rod→0，電流負反饋電路Rod→∞。②凈輸入信號為0，存在虛斷和虛斷的特性。3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路（2）反向輸入放大電路1）電路的組成反相放大器電壓并聯(lián)負反饋平衡電阻3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路2）電路的分析反相放大器反相輸入放大電路閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf的大小由Rf與R1的比值決定，因此改變Rf與R1的比值可以改變電路電壓放大倍數(shù)Auf的大小。“—”號表示輸出電壓與輸入電壓反相。3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路3）電路的特點反相放大器虛地Ri=R1Ro=03.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路1）電路的組成同相放大器電壓串聯(lián)負反饋（2）同向輸入放大電路3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路2）電路的分析同相放大器同相輸入放大電路閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf的大小也與Rf與R1的比值有關(guān)。與反相放大器不同的是，Auf的值是一個正數(shù)，表示輸出電壓與輸入電壓同相。3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路3）電壓跟隨器電壓跟隨器電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)等于1，這與射極跟隨器（共集電路）類似，但其負反饋程度更深，因而跟隨性能更好，抗干擾性能更強。（a）R1開路時（b）R1開路且Rf短路時3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路同相放大器（4）電路的特點Ri→∞Ro=03.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路3.2.1集成運放的線性應(yīng)用——運算電路-加法運算電路（1）反向加法放大器1）電路的組成兩輸入反相加法放大器3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路2）電路的分析兩輸入反相加法放大器當取R1=R2=R時當取R=Rf時當Rf/R=1/n時3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路例：反相加法放大器如圖所示，R1=R2=10kΩ、Rf=20kΩ、ui1=1V、ui2=2V，試計算輸出電壓uo。兩輸入反相加法放大器3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路3）電路的特點反相加法放大器的電壓放大倍數(shù)由外圍電阻的參數(shù)決定，而與運放本身的參數(shù)無關(guān)。因此，只要外加電阻足夠精確，就可以保證加法運算的精度和穩(wěn)定性，而且改變其中某一輸入支路的電阻值，只會改變該支路輸出電壓與輸入電壓間的比例關(guān)系，對其他支路的輸出電壓與輸入電壓之間的比例關(guān)系沒有影響，因此電路調(diào)節(jié)平衡很方便。由于采用了電壓并聯(lián)負反饋，電路具有輸入電阻小、輸出電阻小的特點。反相加法放大器調(diào)整比較方便，在對輸入電阻要求不高、對共模輸入電壓范圍要求較大的場合得到了較廣泛的應(yīng)用。3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路（1）同向加法放大器1）電路的組成兩輸入同相加法放大器3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路2）電路的分析兩輸入同相加法放大器設(shè)ui2單獨作用，ui1=0二者相疊加，可得應(yīng)用疊加定理進行分析：設(shè)ui1單獨作用，ui2=0當取R1=R2、R3=Rf時，上式可簡化為3）電路的特點同相加法放大器的參數(shù)選取比較復(fù)雜，需要反復(fù)調(diào)整才能確定電壓放大倍數(shù)，因此在實際工作中一般很少使用。為了實現(xiàn)同相加法放大，常使用兩級反相加法放大器級聯(lián)的方法。3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路3.2.1集成運放的線性應(yīng)用——運算電路-減法運算電路（1）電路組成減法放大器3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路（2）電路的分析減法放大器當取R1=R2和Rf=R3時，上式變?yōu)?/p>

（3）電路特點減法放大器的輸出電壓與輸入電壓的差值（ui1-ui2）成正比，對共模信號有抑制作用，差模輸入電阻不大，因此工作性能比由晶體管構(gòu)成的差分放大器要穩(wěn)定和可靠得多。3.2.1集成運放的線性應(yīng)用——運算電路-積分與微分運算電路（1）積分運算電路在反相比例運算電路中，將反饋電用電容C代替，就成了積分運算電路。利用“虛短”、“虛斷”特性可列出

若C上起始電壓為零，則3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路（2）微分運算電路利用“虛短”、“虛斷”特性，可得RC為微分時間常數(shù)，值越大，微分作用越強；反之，微分作用越弱。3.2.1集成運放的線性應(yīng)用-運算電路3.2.1集成運放的線性應(yīng)用——運算電路-積分與微分運算電路3.2.2集成運放的非線性應(yīng)用——電壓比較器（1）集成運放非線性應(yīng)用的條件和特點1）理想運放的輸出電壓。理想運放的輸出電壓只有兩種可能：當時，；當時，。即輸出電壓不是正向飽和電壓，就是負向飽和電壓

。2）理想運放的輸入電流。理想運放兩個輸入端的輸入電流等于零，仍有“虛斷”特性。3.2.2集成運放的非線性應(yīng)用-電壓比較器（2）電壓比較器1）單值電壓比較器（a）反相輸入電路圖

（b）電壓傳輸特性

（c）同相輸入單值比較器實用電路單值電壓比較器及傳輸特性將比較器輸出電壓發(fā)生跳變時所對應(yīng)的輸入電壓值稱為閾值電壓或門限電壓。3.2.2集成運放的非線性應(yīng)用-電壓比較器（2）電壓比較器2）遲滯比較器（b）電壓傳輸特性遲滯比較器有兩個不同的門限電壓，分別稱為上限門限電壓，用表示；下限門限電壓，用表示。它們的差值稱為門限寬度，又稱回差電壓或遲滯寬度，用表示，即3.2.2集成運放的非線性應(yīng)用-電壓比較器（a）電路圖（3）窗口比較器當

時，，VD1、VD2均截止，

。3.2.2集成運放的非線性應(yīng)用-電壓比較器（b）電壓傳輸特性曲線（a）原理圖當時，運放A1輸出，A2輸出，VD1導(dǎo)通，VD2截止，當，VZ反向擊穿，

。當時，運放A1輸出，A2輸出，VD1截止，VD2導(dǎo)通，當

，VZ反向擊穿，

。圖為溫度控制器仿真電路圖

虛擬仿真仿真步驟：（1）規(guī)范繪制溫度控制器仿真電路圖。（2）設(shè)計開機溫度，運行檢測開機基準電壓。（3）設(shè)計關(guān)機溫度，運行檢測關(guān)機基準電壓。實踐操作（1）檢測元器件。（2）裝配電路。電路板的裝配應(yīng)遵循“先低后高、先內(nèi)后外”的原則，將電路所用元器件正確