1、技能训练2 集成运放的识别检测与基本性能测试,实训内容与步骤 2用万用表粗测集成运放的好坏：把万用表调至R100挡，红表笔接住4脚，黑表笔依次接1、2、3、5、6、7、8脚，测出其阻值并记录（无短路现象时可粗略判断为好的）。 3按图2.2.9（b）在万能版上连线、焊接管座，经检查无误后插入集成运放（注意引脚对应），将两输入端接地，断开,接上正、负15V电源，测量集成运放的输出端（1脚）对地的电压是否为零，。 4断开电源，合上K1、K2使2、1脚短接，把信号发生器调致f=1000Hz、=5mv接入端，接上电源，用示波器同时观察比较输入端、输出端uo的波形(频率、幅度、相位)。 5断开电源后，再断
2、开K1使R3连接于2、1两脚之间，ui3接地，把信号发生器调致f=1000Hz、=5mv接入端，接上电源，用示波器同时观察比较输入端、输出端的波形(频率、幅度、相位)。 6断开电源，断开原接于ui3的接地线，把信号发生器调致f=1000Hz、=5mv接入ui3端，把ui2接地，接上电源，用示波器同时观察比较输入端、输出端的波形(频率、幅度、相位)。,集成运算放大器 集成运算放大器实质上是一个多级直接耦合的高电压放大倍数的放大器，具有输入电阻大、输出电阻小的特点，各项性能指标很高，使用十分方便。由于在发展的初期主要用于各种数学运算(如加、减、乘、除，积、微分等)，至今仍保留这个名称。随着电子技术
3、的发展，集成运放已成为当前模拟电子技术领域中的核心器件。几乎所有应用低频放大器的场合均可用集成运放来取代。,一集成运算放大器电路设计上的特点 1电路结构与元件参数具有对称性内部的所有元件在同一硅片上用相同工艺过程制造，参数有同向偏差，温度特性一致，特别适于制造高对称性的电路。 2采用有源电阻代替无源电阻硅半导体构成的电阻只能在几十到几十千欧姆之间，且误差较大。所以，集成电路中一般采用晶体管恒流源来代替高阻值电阻。 3采用直接耦合的级间连接方式集成电路工艺制造大电容、电感器件困难。因此，采用直接耦合方式。 4利用二极管进行温度补偿把三极管的c和e短接，作二极管使用。二极管与同类型三极管发射结蒸向
4、压降的温度系数一致，温度补偿效果较好。 5采用复合管的结构因复合管的制造方便，性能又好，常使用复合管的电路形式。,二集成运放的电路组成 各种集成运算放大器的基本结构相似，都是由输入级、中间级和输出级以及电流源偏置电路组成，如图2.2.10所示。输入级一般由可以抑制零点漂移的差动放大电路组成；中间级的作用是获得较大的电压放大倍数，多由我们熟悉的共射极电路承担；输出级要求有较强的带负载能力，可采用射极跟随器；偏置电路的作用是供给各级电路稳定的偏置电流。图2.2.10 集成运算放大器的结构框图,集成运算放大器的分析方法 1集成运算放大器的符号 图2.2.11（a）、（b）均为集成运算放大器的电路符号
5、。符号中的A代表集成运算放大器的电压放大倍数，代表信号的传输方向，表示该集成运放具有理想特性。由于集成运算放大器的输入级是差动输入，因此有两个输入端：用 “+”表示的同相输入端和用“-”表示的反相输入端，可以有同相输入、反相输入及差动输入三种输入方式。输出电压表示为。当从同相端输入电压信号且反相输入端接地时，输出电压信号与输入同相；当从反相端输入电压信号且同相输入端接地时，输出电压信号与输入反相。（a）标准符号 (b)常用符号图2.2.11 集成运算放大器的电路符号,2理想集成运放模型 集成制造技术的发展，运算放大器的性能在一般场合使用已完全可以当作理想器件来处理，而不会造成不可允许的误差。一
6、般，认为理想运放具有如下特点： 1)开环差模电压放大倍数趋近于无穷大，即Aud； 2)差模输入电阻趋近于无穷大，即rid； 3)输出电阻趋近于零，即ro0； 4)共模抑制比趋近于无穷大，即KCMRR； 5)输入失调电压、输入失调电流及它们的漂移均为零。此外，还认为器件的频带为无限宽，没有失调现象等。 所谓理想化只是强化了本来就具有的特点。如集成运放CF741的差模电压放大倍数可以达到100dB，差模输入电阻达到1M以上。 把运算放大器理想化后得出的结论，对实际工程应用来讲，已十分精确，如不特殊注明，均作为理想模型处理。,3集成运放的传输特性集成运放的传输特性见图2.2.11中的ABCD,即曲线
7、。图2.2.12 运放传输特性,BC段为运放工作的线性区， AB和CD段为集成运放工作的非线性区(即饱和区)。由于集成运的电压放大倍数极高。BC段十分接近纵轴。理想情况下，认为BC段与纵轴重合。,理想传输特性可以由图中(曲线)表示， BC段表示集成运放工作在线性区， AB和CD段表示运放工作在非线性区。,4工作在线性区的集成运放反相输入端和输出端存在 负反馈通路时，运放工作在 线性区，如图所示 。这时， 运放具有两个重要特点： 1)由于集成运放的Aud，故可认为两个输入端之间的差模电压近似为零，即uid=ui-ui+=0, 即ui-=ui+，而具有一定值。由于两个输入端间的电压近似为零，而又不
8、是短路，故称为“虚短”；2)由于集成运放的Rid，故可认为两个输入端不取电流，即i-=i+0，这样，输入端相当于断路，而又不是断开，称为“虚断”。,利用这两个特点，分析各种运算与处理电路的线性工作情况将十分简便。另外由于集成运放的R00，可不考虑负载或级联时后级运放的输入电阻对输出电压的影响，但负载不能太小。,5工作在非线性区的集成运放 集成运放处于开环状态或运放的同相输入端和输出端存在正反馈通路时，如图2.2.13（b）和（c）所示，这时集成运放工作在非线性区。它具有如下特点：（b）运放开环状态 （c）带有正反馈的运放电路图2.2.13 集成运放的工作状态 对于理想集成运放而言，当反相输入端
9、ui-与同相输入端ui+不等时，输出电压是一个恒定的值，极性可正或负，即：ui-ui+， uo=-UOMui-ui+， uo=+UOM 其工作特性如图2.2.11中和段所示。,四集成运放的主要参数 1开环差模电压放大倍数Aud： 开环情况下的直流差模电压放大倍数。通常很大，可达 10 5以上的数量级。 2输入失调电压UIO：在室温25及标准电源电压下使集成运放的输出电压为0，输入端所加的补偿电压。 3共模抑制比KCMRR： 集成运放工作于线性区时，其差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比, 可达160dB。 4差模输入电阻rid： 运算放大器开环时从两个差动输入端之间看进去的等效交流电阻，可达
10、几兆欧姆。 5输出电阻rod： 从输出端和地之间看进去的等效交流电阻。 6最大差模输入电压Uidmox：两输入端之间能承受的最大电压差值叫做最大差模输入电压。一般约为士5 V。 7转换速率SR ：在额定输出电压下，输出电压的最大变化率。反映运算放大器对于高速变化输入信号响应的快慢，也叫压摆率。,五集成运放的主要类型 1高输入阻抗型集成运算放大器 这种集成运放的差模输入电阻可大于(1091012)，。 2高速宽带型集成运算放大器 这种集成运放的转换速率SR高于30Vs，单位增益带宽大于10 MHz，转换速率SR可达几kV s 。 3高精度、低漂移型集成运算放大器 目前，高精度集成运放已经能做到失
11、调电压小于10V、温漂小于0.1V、失调电流小于10nA。 4低功耗型集成运算放大器 如ICL7600在1.5 V电源下，功耗仅为10W。用于对能源有严格限制的遥测、遥感、生物医学和空间技术研究的设备中。 5高压型集成运算放大器 普通运放中晶体三极管的集电极与发射极之间的击穿电压仅为40V左右。超高压型集成运放。如3583的电源最高电压允许为150 V，此时可输出140 V的输出电压。,六集成运放的线性应用 运放工作在闭环负反馈状态，称为线性应用。,1各种信号运算电路 用集成运放可以构成各种信号运算电路，此时集成运放工作在线性状态。在分析这些电路的输出与输入运算关系或电压放大倍数时，可将集成运
12、放看成理想运放，运用“虚短”和“虚断”的特点来进行分析，较为简便。,1）比例运算电路 如图2.2.15（a）所示电路，信号从反相输入端输入，同相输入端通过电阻接地，是反相比例运算电路。,根据“虚短”和“虚断”的特点，即uid=ui-ui+0，i-=i+ =0，可得u+=0，故u-=0。这表明，运放反 相输入端与地端等电位(称为“虚地”)，但又不是真正接地，因此，,图2.2.15 （a）反相比例运算电路,又因， i-=0，故ii=if，则可得：,这表明，uo与ui，符合比例关系，式中负号表示输出电压与输入电压的相位(或极性)相反。电压放大倍数为 ，改变和的比值，即可改变其放大倍数。 图中运放的同
13、相输入端接有电阻，参数选择应使两输入端外接直流通路等效电阻值平衡，即R2=R1Rf，静态时使输入级偏置电流平衡并让输入级的偏置电流在运算放大器两个输入端的外接电阻上产生相等的压降，以便消除放大器的偏置电流及其漂移的影响，故又称为平衡电阻。,图2.2.15（b）、（c）中，信号从同相输入端输入，而反相输入端通过电阻接地，并引入负反馈，,根据“虚短”和“虚断”的特点,输入端无电流,（b）同相比例运算电路 （c）电压跟随器图2.2.15 比例运算电路,可得其放大倍数分别为：,uo与ui也符合比例关系，但输出电压与输入电压相位(或极性)相同。称为同相比例运算电路。其中图2.2.16（c）中，R1为无穷
14、大，uo与ui大小相等，相位相同，起电压跟随作用。,2）加、减运算电路 图2.2.16（a）所示是对两个输入信号求和电路，信号由反相输入端引入，同相端通过一个电阻接地。反相比例电路的反相输入端为“虚地”，,图2.2.16 （a）加法运算电路,根据“虚地”和“虚断”概念，由2.2.17（a）电路可得：即 。因此电路的输入与输出关系为 :当R1=R2=R时， 则,即，适当选择电阻参数，输出电压与输入电压之和成比例。,运放电路的反相输入端和同相输入端分别加入信号，如图2.2.16（b）所示。这种输入方式的电路称为“差分运算电路”。,图2.2.16 （b）减法运算电路,可以证明，在“差分运算电路”中适
15、当选择电阻参数，可以使，,即输出电压与两个输入电压的差值成比例。故差值分放大运算电路也称为减法运算电路。,31积分运算电路 图2.2.17是采用运放构成的积分电路，反相输入端近似与地同电位(虚地)，输入电流iR=uiR从反相输入端经R流入。然而反相输入端实际上不接地，电容C以充电电流ic形式吸收输出电流，因此，运放输出电压下降。 由于 ， ，所以：(a)积分电路 （b）积分波形图2.2.17 采用运放构成的积分电路由图中的波形可见，如果ui为负电压，当然要改变方向，uo上升【t3t4】（图中的R称为积分电阻，C称为积分电容）。,这就是iR对时间积分的电压。输入电压与输出电压之间的关系为理想积分
16、特性。,实际应用的积分电路如图2.2.18（a）所示。与图2.2.17（a）所示电路不同的是，它接有电阻R2、RC和RP，RP是调整失调电压的电位器，RC为补偿电阻，用于防止偏置电流在输入侧产生的不期望的电压。如果不接R2，则在超低频范围电路增益过大，因此接电阻进行限制，图示参数Au10。图2.2.18 (b)、(c)分别示出输入波形为方波及正弦波时积分的输出电压波形。就是说利用积分电路可以把方波变为三角波；正弦波变为余弦波。,（a）实用的积分电路 (b)输入方波的积分电路 (c)输入正弦波的积分电路图2.2.18 积分电路实例,（2）微分电路 图2.2.19(a)是采用集成运放构成的微分电路
17、。(a)微分电路 (b)工作波形图2.2.19 基本微分电路 电路中的RC与图2.2.17（a）所示电路的R、C互换位置。即输入电压的变化率(频率)越大，C的容抗越小，因此运放电路的增益就变大，这就是微分动作。然而这与频率越高运放增益越低的特性正好相反，这种电路有很大不足。如果要进行准确的微分动作，多半是采用积分电路，间接求出微分响应。,图2.2.20 (a)是实际微分电路一例。R1限制电路的放大倍数，也是产生运算误差的因素之一，但使电路稳定工作必须接入R1。C2也是用于同样目的，如果满足R1R2, C1R1C2R2的条件，C2也可不接。图2.2.20 (b)，(c)分别示出输入电压为三角波及
18、正弦波的微分电路输出电压波形。,(a)实用的微分电路 (b)三角波输入微分电路 (c)正弦波输入微分电路图2.2.20 实用微分电路一例,七使用集成运算放大器应该注意的几个问题 1调零 由于集成运算放大器的内部电路参数不可能完全对称，因此当输入信号为零时，输出端会有一定的输出电压出现，使电路不能达到零入零出。通常的做法是外接调零电阻，图2.2.21所示为CF741的调零电路图，脚和脚是差动输入级的外接调零电阻管脚，脚为负电源端。在输入信号为零（两个输入端均接地）时，调节可使输出电压为零。图2.2.21 集成运放CF741的调零电路,2保护当集成运算放大器输入端的差模或共模输入电压信号过大时，会
19、使输入级晶体管的PN结击穿。所以可在集成运放的两个输入端之间接入反向并联的二极管，如图2.2.22所示，将输入电压的最大值限制在二极管的正向压降以下，若想提高输入电压等级，在安全的情况下也可使用反向串联的稳压管。为防止将集成运算放大器的正负电源极性接反，使集成运放损坏，可利用图2.2.23所示的电路来保护。将两只二极管分别串于集成运算放大器的正负电源电路中，如果电源极性接错，二极管将处于截止状态将电源电压隔断，从而起到保护集成运放的作用。图2.2.22 集成运放输入端的保护 图2.2.23 对电源极性接错时的保护,另外，由于晶体管内部极间电容和其他分布参数的影响，容易使放大电路在没有输入信号时
20、，输出端就已经存在着近似正弦波的高频电压信号，尤其在人体或金属物体接近时更为明显，这种现象称为自激振荡。这将使集成运算放大器的有用输出信号淹没在高频的自激振荡中，使放大器不能正常工作。因此，在使用集成运算放大器中要注意消振，一般的方法是外接消振电容以破坏自激振荡的产生条件。 综上所述，正确的选择和使用集成运放对电子工作者来说是一个十分重要的问题。在具体的使用中，应根据实际的具体要求，合理地选择集成运算放大器，在尽量降低成本的同时获得高性能的输出，并注意查阅手册和说明，正确地使用集成运放，避免损坏器件。,任务实施 集成助听器的制作与测试,实训内容及步骤 1按图2.2.24电路在万能板中进行布局排
21、列、连接好电路。经反复检查无误后接通电源，接入BM和XB，主观试听助听器的效果。 2将BM两端短路，用万用表测量集成IC的1、2、3、12、13、14各脚的静态工作电压。 3信号源调整为1000Hz、输出，代替电路中的拾音器BM,再用示波器并接入电路中两端测量的输出波形，由0开始慢慢调大输入，读出输入信号为 V时开始出现输出信号，其最大值为 mV；算出级的放大倍数为 。 4把示波器并接在负端与地之间，自下而上调整,观察输出波形是否产生失真。 5调整信号源频率，观察输出端的信号波形如何变化。,项目实施 音频前置放大器的制作与测试,实训内容与步骤 1按图2.3.1电路在万能板中进行布局排列、连接好
22、电路。经反复检查无误后接通电源，输入端接地，用万用表测量集成IC的1、2、3、12、13、14各脚的静态工作电压。 图2.3.1 小功率高保真放大器电路图 2将信号源调整为1000Hz，串接一个10k电阻接输入端（由于调试使用的是标准信号源(内阻50)，因此应在输入端串接入10k电阻，以代替实际信号源的内阻），再用双踪示波器并接入电路中输出与地两端及输出与地两端对比测量各自的输出波形，由0开始慢慢调大输入，读出输入信号为 V时开始出现输出信号，读示波器的输出最大值分别为 mV；算出各级的放大倍数分别为 ；进一步调大输入直至示波器中的输出波形出现失真，读示波器的输出最大值分别为 mV，算出输入、
23、输出的信号幅度范围分别为 。 3.将信号源的输出幅度设置在一个合适的值，往下调整信号输出频率，在低频段找出使输出信号幅度为1000Hz输出的0.707倍时的频点为 ，再往上调整信号输出频率，在高频段找出使输出信号幅度为1000Hz输出的0.707倍时的频点 ，算出本放大电路的通频带为 。 4.音乐试听。 用CD唱机的输出接输入端，播放频带较宽的乐曲节目，再用耳机接输出端监听。调节声音的大小、仔细聆听有无失真现象，并判断是否是因放大器性能不良而产生，并提出改进方案。 5撰写实训报告。,放大电路的调整与测试,（a）测试电缆芯线 （b）测试电缆屏蔽层 图2.3.2 放大电路增益测量电路接线图,图2.
24、3.3 输入电阻测量电路,图2.3.4 输出电阻的测量电路,学习情境三 音量控制与显示电路制作与测试,技能训练 集成运放电压比较器的制作与测试,测试设备连接：,实训内容与步骤 1检测元器件, 焊接电路。 2检查电路，接入正负电源， 测运放引脚直流电压。 1）接入 (直接接地),用万用表测量输出端的直流电压大小，并记录：U0= V, 为 （高电平/低电平）； 2）使UREF=0V，接入并微调使其在1V之间变化，用万用表监测输出直流电压的大小变化情况，并记录的变化，是 （无变化/产生翻转）； 3）使ui=1V，用万用表测量输出电压的大小，并记录：uo= V，是 （高电平/低电平)。将UREF接入并
25、微调使电压在02V之间变化，用万用表监测输出直流电压的大小变化情况，并记录的变化，是 （无变化/产生翻转）； 4）使UREF=2V，微调ui，使ui在1V3V之间变化，用万用表测量并观察输出电压的变化情况，并记录：恰好出现高电平向低电平翻转或低电平向高电平翻转时ui= V(精确测量)，此值与UREF=2V的值 (很接近有较大差距)。,电压比较器在上述技能训练项目中，当两个输入端电压发生变化时，可以测得它的输出只有两种状态：正向饱和电压和负向饱和电压（高电平或低电平），根据输出结果可以判断两个输入端电压和的相对大小。,从输出端的高、低电平来判断两个输入端模拟电压大小的电路，称为电压比较器。,电压
26、比较器分单限电压比较器和迟滞电压比较器，实训中的电路即为迟滞电压比较器。,集成运放组成电压比较器时，工作在非线性区。,一单限电压比较器如图3.1.2(a)、（c）所示。电路处于开环状态，运放工作在非线性区。(a) (b) (c) (d)图3.1.2,在图（a）中， 当uiUREF时，uo=Uom； 当ui UREF时， uo=+Uom ， 当ui=UREF时，输出电压发生翻转（称此时的输入电压为门限电压或阈值电压，用表示）。 图3.1.2（b）为它的传输特性。,在图（c）中， 当uiUREF时，uo=+Uom； 当ui UREF时，uo =Uom ， 当ui=UREF时，输出电压发生翻转。图3
27、.1.2（d）为它的传输特性。 当UREF=0时，即输入电压和零电平比较，称为过零电压比较器。,为了将输出电压限制在某一特定值，在比较器的输出端与“地”之间跨接一个双向稳压二极管（称限幅稳压管），如图3.1.3（a）所示。,(a) (b)图3.1.3 带稳压二极管的单限电压比较器及工作波形,图中R为限流电阻。如忽略稳压管的正向导通压降，当 UZ (UZ为稳压管的稳定电压值)时。输出电压被限制为 。 当输入为正弦波时，输出为矩形波，如图3.1.3(b)所示。,二迟滞电压比较器在前述的单限电压比较器电路中，如果输入信号的值恰好在转换电压附近，则会由于一些干扰使输出电压不断地跳变，迟滞电压比较器能够
28、克服这个缺陷。图3.1.1所示电路为迟滞电压比较器。,图中，输入电压从反向端输入，由于输出端接入了限幅稳压管，所以输出值为。从输出端通过电阻连接到同相输入端实现正反馈。,这时，运放同相输入端 的转折电压值有以下两个：,当输出电压为+UZ时，,当输出电压为-UZ时，,设某一瞬时u0=+UZ， 当输入电压ui增大到uTH1时，输出电压发生翻转，转变为-UZ； 当输入电压ui减少到uTH2时，输出电压u0再次发生翻转，转变为+UZ。,图3.1.4 迟滞电压比较器的传输特性,其传输特性如图3.1.4所示。 UTH1称为上门限电压， UTH2称为下门限电压， 两者之差称为回差电压，用UTH表示：,与单限
29、电压比较器相比，迟滞电压比较器存在回差，回差提高了电路的抗干扰能力。只要干扰信号的峰值小于半个回差电压，比较器就不会因为干扰而误动作。,任务实施 LED电平显示器的制作与测试,实训内容与步骤 1检测实训所用元器件。 2按图3.1.5在万能板上焊接电路。 3电路测试 1）检查电路无误后，接通电源，将电源电压调到8V左右，测试各集成运放的4脚和11脚电压是否合适。如不符合要求，重新检测电路； 2）将电源调到8V左右，将拨动开关拨到1位置，将音频信号送入话筒，调节电位器使发光二极管全部发光； 3）将音乐信号送入话筒，观察及记录发光二极管的变化，同时将示波器接入任一输出端，观察并记录其波形； 4）将拨
30、动开关拨到2位置，用函数发生器调节出合适的正弦波,记录输入信号幅值与频率，将其送入到外接输入端，用示波器测试集成运放的反相输入端波形和输出端波形,读出其幅值，并记录；同时测试运放同相输入端的电压，并记录。调节电压和频率的大小，观察发光二极管的变化。,设某一瞬时u0=+UZ，当输入电压ui增大到uTH1时，输出电压由+ UZ翻转为-UZ；当输入电压ui减少到uTH2时，输出电压u0再由-UZ翻转为+UZ。,如果要使输出电压翻转，则,在输出电压u0为+UZ时，需要使ui（ ） 【变大还是变小？】,在输出电压u0为-UZ时，需要使 ui（ ） 【变大还是变小？】,非正弦信号发生器 一矩形波发生器用集
31、成运放构成的矩形波发生器电路如图3.1.6(a)所示。,在迟滞电压比较器的基础上，增加了一个由RF和C构成的负反馈电路，集成运放作迟滞电压比较器用。 电路没有外加输入电压.,图3.1.6 (a) 矩形波发生器电路,参考电压加在同相输入端: R2上获得的正反馈电压UR，它是输出电压u0的一部分，即：与UR进行比较的是：接在反相输入端的电容C上的电压uc。,不需要外加输入信号就能输出波形电压的电路称为信号发生器。,假设刚通电时， , 则 为正值， uo经RF向电容C充电，电容上的电压按指数规律增加。,当uc增加到uc=UR时，uo跳变到-UZ，于是 为负值，这时 ,电容C开始通过RF放电，而后又再
32、反向充电,当充电到uc=UR 时，uo又跳变到+UZ，如此周而复始，在输出端就得到了矩形波，如图3.1.6（b）所示。,图3.1.6 (b） 矩形波发生器波形,以上电路输出端得到的波形为高、低电平所占时间相等的波形，称为方波。,图3.1.7 矩形波发生器,要得到高、低电平所占时间不相等的矩形波，只要适当改变电容正、反向充电时间常数即可。如图3.1.7所示为一矩形波发生器电路，,该电路中，由于二极管的单向导电性，使电容的充放电电阻分别为和，只要选择，使电容充放电时间常数不相等，即可得到矩形波输出。,二三角波发生器应用集成运放还可构成三角波发生器，如图3.1.8(a)所示，由迟滞比较器(A1)和反
33、相积分器(A2)组成。,图3.1.8（a） 三角波发生器电路,运放A1反相输入端电压 ，其同相输入端电压由叠加定理可得：,（a）电路 （b）波形图3.1.8 三角波发生器电路及其工作波形,设t=0时，uo1=+UZ，uc=0，uo=0， 则+UZ通过R2向电容C开始充电，输出电压uo开始减小，U1+也开始减小。当U1+减小到U1+=U1-=0时，得：,此时，uo1发生跳变， u01=-UZ，U1+也跳变为负值， 这时uo0，电容C通过R2 放电，使u0随时间线性增加， U1+也随之增加。当 时，输出电压u0增加到R3UZ/R4 ，u01再次跳变为+UZ，U1+也跳变为正值。如此周期性的变化，A
34、1输出的是方波电压，A2输出的是三角波电压，其波形如图3.1.8（b）所示。,三锯齿波发生器 锯齿波发生电路，只是把三角波发生器电路中的积分电路反相输入端的电阻分为两路，使积分器的正向积分和反向积分的速率不相同，从而形成锯齿波。如图3.1.9所示。,图（a）中RP为可调电位器，D1、RP1、C组成充电回路，D2、RP2、C组成放电回路，调节RP使RP1RP2，则负向积分时间小于正向积分时间，相对应的输出电压uo线性上升段比下降段长，其波形如图3.1.9（b）所示，A1输出的是矩形波电压，A2输出的是锯齿波电压。,（a）电路 （b）波形图3.1.9 锯齿波发生器及其工作波形,任务二 数码管电平显
35、示器的仿真测试,能力目标 1能识别并正确使用数码管、编码器、译码器。 2能按照电路图，利用PROTEUS仿真软件查找所需元件并正确连接电路。 3能分析数码管电平显示电路并进行仿真测试。 知识目标 1熟悉常用编码器和译码器的引脚功能、逻辑符号。 2掌握LED组成的七段数码显示器的原理及其应用方法。,技能训练1 编码器的逻辑功能测试,测试电路,芯片引脚,实训内容与步骤 1双击桌面上的图标，进入Proteus ISIS集成环境。 2按图3.2.1在PROTEUS仿真软件里绘制电路图，检查电路无误后，进行虚拟仿真测试。 3功能测试： 当EI=“1”时，74LS148为 状态，此时输出状态与输入信号 （
36、有关/无关）； 当EI=“0”时， 1）74LS148所有数值输入端子无信号输入时（开关接电源），输出 ； 2）74LS148所有数值输入端输入低电平0时（开关接地），输出 ； 3）输出信号（ 、 、 ）取决于数值输入端信号。请根据三盏灯亮灭情况填写表3.2.1（灯亮为1，灯灭为0）。,编码与编码器 一编码 所谓编码就是将具有特定含义的信息(如数字、文字、符号等)用若干个代码来表示的过程。例如，高考时给考生编的考号，学校给学生编的学号等，都是编码。编码有自然二进制编码、二-十进制编码，格雷码、余三码等。在上述技能训练图3.2.1中，如果把三个输出端控制的灯“亮”视为1，不亮视为0，在使能端EI
37、接低电平0（有效）时，8个不同位置输入信号（接地有效）的“位序”所对应的二进制数通过74LS148后的输出其实就是二进制编码。二进制编码在电路上实现起来最容易，是目前使用最多的一类编码。,1自然二进制编码 这种编码是按计数的自然顺序进行计数所得的二进制码。 n位自然二进制码各位的权值分别为：每个码组代表一个信息，一共可以表达个信息。,2二-十进制编码 用四位二进制代码来表示一位十进制称为二-十进制编码，简称BCD码。从四位二进制码的16种不同的组合中，任意选择其中十种不同组合均可以代表十进制数09这10个数码，其余6种组合为无效。这样，可得到多种不同的编码方案。最常用的是用00001001依次
38、表示十进制的09这10个数码，称为8421码。,该编码的特点如下： 1)将四位二进制数组成的前10种状态按其自然顺序排列，对应的十进制数的每一位的表示和通常的一位十进制数用二进制表示的方法相同。 例如，十进制数845的8421码形式为： (845)=(1000 0100 0101)。 2)它是一种有权码。四位二进制编码中由高位到低位的权依次是23，22，21，20(即8，4，2，1)，故称为8421码。在8421码这类有权码中，如果将其二进制码乘以其对应的权值后求和，就是该编码所表示的十进制数。 例如： (1001) = 3)在这种编码中，10101111这6种组合状态是不允许出现的，称为禁止
39、码。,二二进制编码器 1二进制编码器原理 一位二进制代码称为一个码元，它有0、1两种状态。n个码元可以有2n种不同的组合状态，每种组合状态称为一个码字。用不同码字表示各种各样的信息，就是二进制编码。用n位二进制代码对2n个信号进行编码的电路称为二进制编码器。二进制编码器的一个输入代表一个被编信息，全部输出端用来表示与这个被编信息相对应的二进制代码。,图3.2.2所示为3位二进制编码器集成芯片的示意图。8个输入端I0I7分别代表需要编码的输入信号，3个输出端组成3位二进制代码。根据编码器的输入、输出端数目，这种编码器又称为8线-3线编码器。图3.2.3所示是其外引脚图。图3.2.2 二进制编码器
40、示意图 图3.2.3 74LSl48外引线图,8线-3线编码器的真值表可通过集成芯片的内部逻辑结构分析得出，如表3.2.3所示。 可见，编码器在任何时刻只能对一个输入信号进行编码，同一时刻编码器的输入端不允许有两个或两个以上的输入信号同时请求编码，否则编码输出将混乱。因此，这种编码器的输入信号是相互排斥的。,2二进制优先编码器,优先编码器就是为解决编码器输入信号之间的排斥问题而设计的。在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序进行排队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用
41、。优先级别根据实际需要确定。,74LSl48就是常用的优先编码器集成器件，它的优先级别已在设计该芯片时就确定。其逻辑功能表如表3.2.4所示，,表3.2.4 74LSl48功能表,74LS148的引脚功能：,1）编码输入 2）编码输出采用反码形式 EI为控制输入端(又称选通输入端)， GS是选通输出端， EO是扩展输出端。 当EI=1时，禁止编码器工作，不管编码输入为何值，=111，=1；当时，编码器才工作。无编码输入信号时，；有编码输入信号时，。即在编码器工作时，选通输出端和扩展输出端的信号总是相反的。、主要是为扩展使用的端子。,例3.2.1 试用两片74LS148优先编码器扩展成16线-4
42、线优先编码器。 解:由于每片74LSl48有8个信号输入端，两片正好是16个输入端，因此待编码的信号输入端无需扩展。 每片代码输出有3位，把两块芯片的、分别加到3个与非门上可以构成编码输出的位原码输出。这样仍需要扩展一位代码输出端，利用片2的反相后可直接作编码输出的第4位，因为只要有编码信号输入，=0，使即为1。反之为0。,逻辑图如图3.2.4所示,图中 为反码编码输入，其中 的优先级最高， 的优先级最低， 为编码输出， 为判断输出。,电路中将片2的GS端接至片1的EI端，则只在2所有均无信号时，才允许对1的输入信号进行编码。EO有两个判断作用。一是当编码输入 全为高电平，即没有编码输入时，E
43、O为低；当编码输入 有低电平时，EO为高。二是由于此电路当 和 全为1时其输出均为0。为了区别这两种工作情况，也可根据EO判断，前者EO为高，后者EO为低。,2,1,3二-十进制编码器 能实现将每1位十进制数转换为4位二进制数来表示（亦称BCD码）的电路称为二-十进制编码器。BCD编码最常用的是8421 BCD码，其典型芯片是74LSl47，它是一个二-十进制优先编码器，其外引脚图如图3.2.5所示。是9个编码信号输入端，是4位编码输出端。,74LS147的逻辑功能如下： 1)输入为低电平有效，优先级别最高是，其他依次降低，最低； 2)采用反码形式输出，为8421编码； 3)74LS147实际
44、上只有9个输人端,而没有输入端。因为当全为高电平，即无编码请求时，输出全为高电平，此时相当于对进行了编码。,其逻辑功能如表3.2.5所示。,4编码器的应用 图3.2.6所示为利用74LS148编码器监视8个化学罐液面的报警编码电路。8个化学罐中任何一个的液面超过预定高度时，其液面检测传感器便输出一个0电平到编码器的输入端。编码器输出3位二进制代码到微控制器。此时，微控制器仅需要3根输入线就可以监视8个独立的被测点。,这里用的是Intel8051微控制器，它有4个输入输出接口。使用其中的一个口输入被编码的报警代码，并且利用中断输入，接收报警信号 (是编码器输入信号有效的标志输出，只要有一个输入信
45、号为有效的低电平，就变成低电平)。当InteI8051在端接收到一个0时，就运行报警处理程序，作出相应的动作，完成报警。,技能训练2 译码器的逻辑功能测试,表 3-2 常用加湿装置3.4.2.1 水加湿装置 这类加湿装置都是用液态水来与空气进行热湿交换，空气的状态变化过程工程上按等焓加湿过程对待，因此又称为等焓加湿装置。 根据与空气接触的是否为微小水滴，这类加湿装置还可以分为雾化式和自然蒸发式。,3.4.2.1 水加湿装置,1.雾化式加湿装置 又称为强化蒸发加湿装置 工作原理 将水变成无数微小水滴，并散发到被处理的空气中，依靠水滴的汽化来给空气加湿。 属于雾化式的加湿装置 压缩空气喷雾器电动喷
46、雾机喷雾轴流风机高压水喷雾加湿器超声波加湿器,(1)压缩空气喷雾器 又称为压缩空气诱导喷雾加湿器或气水混合喷雾加湿器、气水混合式加湿器。 工作原理 利用一定压力的压缩空气通过特制的喷嘴腔时，形成负压区而将供水管提供的无压水吸进喷嘴，两股流体混合后从喷嘴出口高速喷出，达到喷出的是微小水滴的雾化效果。 使用方式及形式 通常安装在空调房间内直接对空气进行加湿，有固定式和移动式两种形式。 针对不同使用环境和用户要求，某些新型压缩空气加湿器设计有单向、双向、三向、四向及八向喷射等不同类型结构，既有一个喷头体上可多个方向喷射的形式，也有一体多喷嘴的形式。,(2)电动喷雾机 又称为回转式喷雾机或离心式加湿器
47、。 工作原理 水通过上水管供给到甩水盘中心，水成膜状随甩水盘高速回转，在离心力的作用下流向甩水盘的四周并甩出，飞脱的水膜块与甩水盘四周的分水牙齿圈发生冲撞，被粉碎成微小的水滴在风扇的气流作用下吹向加湿区域。,图319 电动喷雾机 a）固定式 b）转动式1-甩水盘 2-电动机 3-风扇 4-固定架5-集水盘 6-喷水量调节阀 7-回水漏斗,使用方式及形式 通常安装在空调房间内直接对空气进行加湿。 有固定式和转动式两种形式。 转动式又可根据旋转角度分为360旋转式和180摆动式两种 。,图319 电动喷雾机 a）固定式 b）转动式1-甩水盘 2-电动机 3-风扇 4-固定架5-集水盘 6-喷水量调节阀 7-回水漏斗,(3)喷雾轴流风机 工作原理 水通过进水管进入存水套，并随叶轮作高速旋转运动，在离心力的作用下，通过轮壳上的通孔流入轮毂与挡水盘组成的流道，并沿着轮毂的切线方向成水膜状甩出。随后与高速旋转的叶片相撞，被叶片击打成微小颗粒，与风机吸入的空气混合形成“雾气”吹出。,图320 喷雾轴流风机1-风机叶片 2-存水套 3-进水管 4-挡水盘 5-疏水栅 6-电动机,
