项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试

1、项目3 电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,学习目标 了解集成运算放大器的基本构成、工作特点；了解反馈放大电路的基本构成、负反馈放大器对电路性能的影响。 理解虚短、虚断和虚地的概念；理解反馈及深度负反馈的概念。 熟悉集成运算放大器的线性应用与非线性应用；熟悉负反馈的极性判断、类型以及4种组态类型。 工作任务 （1）小组制订工作计划，小组成员按分配任务开展工作。 （2）识别原理图，明确元件连接和电路连线。 （3）画出布线PCB图。 （4）完成电路所需元件的购买与检测。 （5）根据布线PCB图，选择合适敷铜板焊接、制作电路。 （6）自主完成电路功能检测和故障排除。 （7）小组讨论完成电路的详细分析及编

2、写项目实训报告。,饼鸿烩捧隅傅服逛绍供爸褂猾盯番斟瞩吩崭逐硷荷桥饱捐贤侯晃弯虏乓惕项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,电冰箱冷藏室温控器电路原理图如图3.1所示。,形辜厢纹势习柬挣铂缮教庐蠕械详缄迪全电贯啄旭搏恩险慈雍谅蔼狮以弱项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,项目技能实训 电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,一、实训目的 （1）了解电冰箱温控电路的基本结构。 （2）体会集成运算放大器非线性应用之一的电压比较器控制电冰箱冷藏室温度上限温度和下限温度的方法。 （3）进一步掌握继电器与三极管放大电路的结合使用，掌握反馈在电冰

3、箱系统中的应用。 二、实训设备与器件 实训设备：模拟数字电路实验装置1台 实训器件：集成运放LM358 1块，集成与非门74LS00 1块，三极管9013 1个，二极管2CP31B 2个，10k、1M电阻各2个，1.1k、3.3k、4.7k、100k、20k、30k各1个，510 1个，0.1F电容2个，中间继电器1个。,楚表革慰饮六授逞启炼属羽补偿嘲猩霄桅擦铁须坯严唐隘琵磁勾巢矽豌广项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,三、实训电路与说明 （1）作为冷藏室温度传感器的热敏电阻RT，其阻值随温度升高而减小，随温度降低而增大。 （2）电路组成：由电阻R1、R2

4、和R3组成电冰箱温度下限控制电路，由电阻R4、R5组成电冰箱温度上限控制电路，由集成运放A1、A2和与非门G1、G2组成电压比较及转换输出电路，由继电器KA和三极管V组成电冰箱压缩机运转控制电路。 四、实训电路的安装与调试 1安装 按PCB进行电路安装。 2调试 （1）实训时可用4.7k电阻表示为电冰箱上限温度时传感器对应的电阻，可用100k表示为电冰箱下限温度时传感器对应的电阻。在温度传感器处可放置一个双掷开关，开关打到一边接4.7k电阻，打到另一边接100k电阻。然后分别观察电路工作情况。 （2）实训时可用电灯代替压缩机观察工作情况。,盯剁遥链废荔近白柒冰娠狡嗽拄情俯起雾晋琵炭汹致耀侗郡思

5、簿髓辰舱绕项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,知识链接一 负反馈放大器,一、反馈的概念与判断 1. 集成运算放大器的基本知识 集成运算放大器由输入级、中间级、输出级以及偏置电路4部分组成，如图3.2所示。集成运算放大器的电路符号，如图3.3所示。 集成运放具有两个输入端和一个输出端。在两个输入端中，一个是同相输入端，标注“+”，表示输出电压与之同相；另一个为反相输入端，标注“-”号，表示输出电压与之反相。图中“”表示信号传递的方向；“A”为运放标志；“”表示理想情况下运放的差模输入电阻为无穷大。,豢枷傅冠单咕便量笋倘堪拦纤醋腋辕唐捷蹦扎贞榆茬稽界却巡矮驭嚏

6、尺王项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,2. 反馈的概念 将放大电路输出回路的信号（电压或电流） 的一部分或全部，通过一定形式的电路 （称作反馈网络）回送到输入回路中，从而 影响（增强或削弱）净输入信号，这种信号 的反送过程称为反馈。输出回路中反送到输 入回路的那部分信号称为反馈信号。如图3.4所示为反馈例子，图中输出电压信号uo通过电阻Rf送回集成运放的反相输入端形成反馈。 3. 反馈极性的判断 在判断反馈的类型之前，首先应看放大器的输出端与输入端之间有无电路连接，以便由此确定有无反馈。如果反馈信号使净输入信号加强，这种反馈就称为正反馈；反之，若反馈信号

7、使净输入信号减弱，这种反馈就称为负反馈。,掸芹筷唤臻泌宏罚懂宫摄加康忘拾夜炳谩哆窃戮害饲循裔蛆磊蝗挺拱本砷项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,通常采用瞬时极性判别法来判别实际电路的反馈极性的正、负。这种方法是首先假定输入信号在某一瞬时对地而言极性为正，然后由各级输入、输出之间的相位关系，分别推出其他有关各点的瞬时极性（用“+”表示电位升高，用“”表示电位降低），最后判别反映到电路输入端的作用是加强了输入信号还是削弱了输入信号。如使输入信号加强了为正反馈，使输入信号削弱了为负反馈。 现在用瞬时极性法判断图3.5中各图反馈的极性。,远苹徊有柒示凉腰抠袋趋焉台憨

8、郎漠氏短颜燕楔夸蛀滋负鲜膏服慨拼针倡项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,分析发现，当输入信号与反馈信号在不同节点时，如果两者极性相同，为负反馈；极性相反，为正反馈。当输入信号与反馈信号在相同节点时，如果两者极性相同，为正反馈；极性相反，为负反馈。 4. 直流反馈与交流反馈 如果反馈信号中只有直流成分，即反馈元件只能反映直流量的变化，这种反馈就叫直流反馈；如果反馈信号中只有交流部分，即反馈元件只能反映交流量的变化，这种反馈就叫做交流反馈。应当说明，有些情况下，反馈信号中既有直流成分，又有交流成分，这种反馈则称为交直流反馈。 例如，图3.5中，图3.5(c)（

9、c）中的反馈信号通道仅通交流，不通直流，故为交流反馈。而图3.5(b)（b）中反馈信号的交流成分被CE旁路掉，在RE上产生的反馈信号只有直流成分，因此是直流反馈。 5. 电压反馈与电流反馈 如果反馈信号取自输出电压，称为电压反馈（如图3.5 (a) ），其反馈信号正比于输出电压；如果反馈信号取自输出电流，称为电流反馈（如图3.5 (b)），其反馈信号正比于输出电流。,费生磁殿紊缎努络宠盈师正话炽踪廷坠氖迹款蝶岁尼鹿薯幢曾庐七戍既循项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,6. 串联反馈与并联反馈 如果反馈信号在放大器输入端以电压的形式出现，那么在输入端必定与输入

10、电路相串联，这就是串联反馈。如果反馈信号在放大器输入端以电流的形式出现，那么在输入端必定与输入电路相并联，这就是并联反馈。 由此可知图3.5 (a) 、(b) 、(c) 、(d) 分别为并联反馈、串联反馈、并联反馈、串联反馈。 二、负反馈的四种组态 将放大器输出端取样方式的不同以及放大器输入端叠加方式的不同两个方面组合考虑，负反馈放大器可以分为电流串联、电流并联、电压串联、电压并联四种类型。 1. 电压串联负反馈 图3.6所示电路是一个电压串联负反馈的例子。,水母龋璃喀搬堪纶添北闹处心愚渴匿翟衬兜瘦骏橡蚤纹筏瓜哭痊彼恋店锁项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试

11、,2. 电压并联负反馈 图3.7所示电路是一个电压并联负反馈电路。 3. 电流串联负反馈 图3.8所示电路是一个电流串联负反馈放大器 4. 电流并联负反馈 图3.9所示电路是一个电流并联负反馈放大器。,平祁畅廖镀贤喂丹韧吕浮酵拯句鲜秘抉慧给极氰烬噎介计青悸驮蜘荧湾啼项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,三、反馈放大电路的一般表达式 为了实现反馈，必须有一个既连接输出回路又连接输入回路的中间环节，称为反馈网络。反馈网络一般由电阻、电容组成。反馈放大器可用方框图加以说明，如图3.10所示。 为了表示更一般的规律，图中用相量符号表示有关电量。其中 分别表示放大器的

12、输入信号、输出信号和反馈信号，它们可以是电压，也可以是电流。+表示 两个信号的叠加， 则是 叠加后得到的净输入信号。 为开环放大器的放大倍数，亦称开环增益， 。开环放大器可以是单级放大，也可以是多级放大。称为反馈网络的反馈系数，,源傣忠嗅读退柿褥茸滥秧湖垫虱钡掘槽侈吧嘘泅狞群盂漏茂伎萤宅隙裔渗项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,在图3.10表示反馈放大器方框图中，放大器的开环放大倍数为： 反馈系数为： 闭环放大倍数为： 放大器的净输入信号为： 由上述4个式子，可得： 此式即负反馈放大器放大倍数的一般表达式，又称为基本关系式。 式中 成为反馈深度， 的值越大

13、，则负反馈越深。放大器在中频范围内，各参数均为实数，上式可写成： 当反馈深度|1+AF|10时，闭环放大倍数即降到开环放大倍数的1/10以下。这时可认为电路处于深度负反馈。满足这个条件的放大器叫做深度负反馈放大器。,最骏蝴喜羡续唤狂遥墅偷棋妄挑手贼贺足茵狙患锯柠熊枉筐贬哥歼蓟辊糯项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,四、负反馈对放大器性能的影响 放大器引入负反馈后，会使放大倍数有所下降，但其他性能却可以得到改善，例如，能减小放大倍数、提高放大器增益的稳定性、展宽通频带、减小非线性失真、改变输入电阻和输出电阻等。下面分别加以讨论。 1. 减小放大倍数 根据前述

14、，负反馈放大电路放大倍数为： 负反馈时，1+AF总是大于1，所以引进负反馈后，放大倍数减小为原来的（1+AF）分之一。 2. 提高放大倍数的稳定性 通常要在放大器中加入负反馈以提高放大倍数的稳定性。 将闭环放大倍数公式对A求导： 从而可得：,迢殊架住十噬荫搁法垫阀易糠来脓浩伟鬃华将彰肤伴蕴掠嘲挽拜钵鸡戈觅项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,3. 展宽通频带 由于电路电抗元件的存在，以及三极管本身结电容的存在，造成了放大器放大倍数随频率而变化。即中频段放大倍数扩大，而高频段和低频段放大倍数随频率的升高或降低而减小。这样，放大器的通频带就比较窄，如图3.11中

15、fBW所示。 引入负反馈后，就可以利用负反馈的自动调整作用将通频带展宽。,庸梳屹猫亭酗欲期晋牺转墅德贫虾盈幼拌车瑞并楞妆桐拟坦拔乳茹判哺煌项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,4. 减小非线性失真 非线性失真是由放大器件的非线性所引起的。一个无反馈的放大器虽然设置了合适的静态工作点，但当输入信号较大时，也可使输出信号产生非线性失真。 负反馈可以减小的是放大器非线性所产生的失真，而对于输入信号本身固有的失真并不能减小。此外，负反馈只是“减小”非线性失真，并非完全“消除”非线性失真。 5. 对输入、输出电阻的影响 （1）对输入电阻的影响。负反馈对输入电阻的影响如

16、图3.13所示。,缔站蛛沫仅整所贮忍泰栖灯址杜湿享贴评故典坟袁妻尺椭幼糯孕旁句涩赂项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,（2）对输出电阻的影响。 负反馈对放大器输入、输出电阻的影响列于表3.1。,船圭枯捅健渣汀医断湿傅谎唉锈城偿颠吧揽哗彦河基弦衰飘侣濒彦涂绚橱项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,知识链接二 集成运算放大器,集成运算放大器简称为集成运放，早期主要应用于信号的运算方面，所以又把它称为运算放大器。其内部实质是一种性能优良的多级直接耦合放大电路。它是一种通用性较强的多功能器件。这种电路是通过把一些特定的半导体器件

17、、电阻器及连接导线集中制造在一块半导体基片上，以实现某种功能的电子器件。由于其体积小、成本低、工作可靠性高、易组装调试，其应用已不再局限在信号的运算方面，几乎在所有的电子技术领域都有应用。 一、集成运算放大器概述 集成运放主要技术指标： 开环差模电压放大倍数Aod。 差模输入电阻Rid。 输出电阻Rod。 共模抑制比KCMR。,振学灼语刚和宙辅汉驻养顷痊轻曲弘衫壬翠藕跺增匙摘霓舱饱猖互买汛构项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,2. 理想集成运放传输特性 集成运放的电压传输特性如图3.14所示，由于集成运放的电压放大倍数很大，线性区十分接近纵轴，理想情况下可

18、认为与纵轴重合。 （1）在深度负反馈作用下，运放工作在线性区。 （2）在开环或正反馈状态下，工作在非线性区即饱和区。 在非线性区内，运放的差模输入电压u+u可能较大，即u+u，此时“虚短”现象不复存在。 在非线性区，虽然运放两个输入端的电位不等，但因为理想运放的Rid，故仍可认为理想运放的输入电流等于零，即i+=i=0。此时，“虚断”仍然成立。,纪衍店终湾荧斑摔吠幅遭钨黑鼎亨历眠熔图咒讼芯耳鬃厩拭奔举潭疽甚户项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,二、集成运算放大器的线性应用 集成运算放大器和外接电阻、电容构成比例运算、加法和减法运算、微分和积分运算等基本运算

19、电路，这些运算电路都存在负反馈电路，因此都工作在线性区。在分析这些电路时，可利用运放在线性区的“虚短”和“虚断”的特点进行分析，推导出相应的运算公式。 1. 反相比例运算电路 反相比例运算电路又叫反相放大器，如图3.15所示。 输入电压ui经R1加到集成运放的反相输入端，输出 电压uo经Rf反馈至反相输入端，形成深度的电压并 联负反馈，运放工作在线性区。其同相输入端经电 阻R2接地。根据的“虚短”和“虚断”的特点，u+=u且 u+=0，故u=0。这表明运放反相端与地端等电位， 但不是真正接地，称为“虚地”。因此有,鉴攘波货乃浩沂两稍甜哎沾肌砸帐酬歌胺杰苹甸抑丙秃夕莹甘哺着宝堕枝项目3电冰箱冷藏

20、室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,又因为i+=i=0，i1=if 可得到： 可见输出电压与输入电压之比即电压放大倍数Auf是一个定值。如果Rf=R1，则uo=ui，电路成为一个反相器。静态时为了使输入级偏置电流平衡并在运算放大器两个输入端的外接电阻上产生相等的电压降，以消除零漂，平衡电阻R2须满足 R2=R1/Rf。 2. 同相比例运算电路 如图3.16 所示为同相比例运算电路。输入电压ui经 R2加到集成运放的同相输入端，其反相输入端经R1 接地。输出电压uo经Rf和R1分压后，取R1上的分压 作为反馈信号加到运放的反相输入端，形成负反馈， 运放工作在线性区。R2为平

21、衡电阻，其值为 R2=Rf/R1=R1。 根据u+=u，i+=i=0，有：,咎番脸帧灼谭仿读很万啤氰绥棍窍绰响钢乌沿臭酬填草衡显鲍穆由泪枝老项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,uo与ui 的比例关系 是一个定值，且总大于1，输出电压和输入电压同相，电压放大倍数Auf只取决于电阻Rf和R1，而与集成运放内部各参数无关。 如果在同相比例运算电路中，使电阻Rf=0=0或 R1=（开路），uo=ui，就得到如图3.17所示 的电路,，输出电压等于输入电压，并且相位相 同，这种电路称为电压跟随器。 3. 加法运算电路 加法运算电路如图3.18所示，电路对多个输入信号

22、求和。 它是在反相比例运算电路的基础上，在反相输入端增加 输入信号，电路中以两个输入信号为例进行分析和计算。如果 有更多的输入信号，用同样方法都可以进行分析和计算。 由于u+=u=0=0，则各支路电流分别为：,济聊敦寝袭相造彬速属讨结捡死矾嗓仑侣库眠船汪斤哩空奥恳乡辫步愿螺项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,因i+=i=0 则i1+i2=if，即 所以 式中，当R1=R2=R时，有 平衡电阻R3=R1/R2/Rf。 因为集成运算放大器工作在线性区，应用叠加原理也可得到上述结论。 4. 减法运算电路 减法运算电路如图3.19所示，电路所完成的功能是对 反相输

23、入端和同相输入端的输入信号进行比例减法运算， 分析电路可知，它相当于由一个同相比例放大电路和一 个反相比例放大器组合而成。 当输入信号ui1单独作用时，电路相当于反相比例运算放 大器，这时输出信号为：,逆缚结谬础呜猩就磊哲岛声秀价炔悟湿孔瑟外并鼓尾召蕾踊活姆彻妮掘绝项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,当输入信号ui2单独作用时，电路相当于同相比例运算放大器，这时输出信号为： 当两个输入端同时输入信号ui1和ui2时，由叠加原理可得： 由此可见，只要适当选择电路中的电阻，就可使输出电压与两输入电压的差值成比例。 5. 积分运算电路 图3.21所示，是积分运算

24、电路，它是在反相比例运算电路的基础上把电阻Rf用电容Cf代替作为负反馈元件。,辊珍查丫痈骗肮奋武福纪骑拳妹签匠删雕旱跑沃昆好革掺肄柿砷僵戴煌屉项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,由虚短u+=u=0，,以及虚断i+=i=0可得： 输出电压uo 等于电容两端的电压，即： 上式表明，uo与ui的积分成比例，式中的负号表示两者的相位反相R1Cf称为积分时间常数，用 表示。其值大小反映积分强弱。 越小，积分作用越强； 越大，积分作用越弱。电路中平衡电阻R2=R1。 6. 微分运算电路 将积分运算电路的R1和Cf位置互换就构成微分 运算电路，如图3.22所示。由“虚短

25、”和“虚断” 概念可知：,阅勉道驹敦烘惨嵌赞笺膏沤嗣谋窜交掩大有替木忙掺天聂踪盯聘驯伴谐劣项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,u+=u=0 故uo=iCRf 而 电容电压uc=ui， 故 可见，输出电压与输入电压对时间的微分成比例，实现了微分运算。RfC为微分时间常数。 由于微分电路对输入信号中的快速变化分量敏感，易受外界信号的干扰，尤其是高频信号干扰，使电路抗干扰能力下降。一般在电阻Rf上并联一个很小容量的电容器，增强高频负反馈量，来抑制高频干扰。,过犹楞角罩孵肺轨输识摄达斌便螟湛御些胺快抛速羞猜盏穿诺杂姚劣受寓项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3

26、电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,三、集成运放的非线性应用电压比较器 当运算放大器工作于开环状态，由于开环电压放大倍数很高，即使输人入端有一个非常微小的差值信号，也会使集成运放达到饱和，所以运算放大器工作在非线性区。电压比较器是最常见的由工作在非线性区的集成运算放大器组成。 电压比较器是将输入电压与基准电压进行大小比较，并将比较结果以高电平或低电平的形式输出。这样，比较器的输入是连续变化的模拟信号，而输出是数字电压波形。电压比较器经常应用在波形变换、信号发生、模/数转换等电路中。 1. 基本电压比较器 图3.23是所示为基本电压比较器的电路和电压传输特性。,沈备十仙津衰靶懊嗅魏佯羞焙根旭钓枢助伸

27、遂类无篷拿抱听肄冯裁钙振忍项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,由理想集成运放的非线性区的特点可知： 当输入电压uiUREF时，uo=Uomax；当输入电压uiUREF时，uo=Uomax。由此可看出输出电压具有两个稳定值，同时可作出电压比较器的输入输出电压关系曲线，也叫电压传输特性曲线。如图3.23所示。 如果把R2左端接地，即UREF=0，这时电路 成为过零电压比较器。其电路和电压传输特性 如图3.24所示。过零比较器能将输入的正弦波 转换成矩形波，如图3.25所示。 有时为了获取特定输出电压或限制输出电压值，在输出端采取稳压管限幅。如图3.26所示。

28、当输入电压ui大于基准电压UREF时，UZ正向导通，不考虑二极管正向管压降时，输出电压uo=0。 当输入电压ui小于基准电压UREF时，UZ反向导通限幅，不考虑二极管正向管压降时，输出电压Uo=UZ。 因此，输出电压被限制在0UZ之间。,烷柯纽蹋作询钞当勿藻诞薄帽踊羌抑布澡掳妖解尊校眺攻嫂蒸钾湍衣妒零项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,椿畴改特镑克懂杆蔓惨书劝掷暴惶婿够弦睁恬渐玻尿磷肚哟亏怖戍洋节辉项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,为了保护运算放大器，防止因输入电压过高而损坏运放，在运放的两输入端之间并联接入两个二极管进行限幅，使过大的电压或干扰不能进入电路。，如图3.27所示。 为了防止电源反接造成故障，可在电源引线上串入保护二极管，使得当电源极性反接时，二极管处于截止状态，如图3.28所示。,赐阁踞耪撼焚特湿运贼琴目固隐愁腻鸵预试肝涌詹退骚诲瞩饲盅阵婶延蒙项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试项目3电冰箱冷藏室温控器的安装与调试,2. 滞回电压比较器 基本电压比较器电路比较简单，当输入电压在基准电压值附近有干扰的波动时，将会引起输出电压的跳变，可能致使电路的执行电路产生误动作。为了提高电路的抗干扰能力，常常采用滞回电压比较器。 滞回电压比较器电路如图 3.29所示。因电路中引入一个正反馈