電工電子產(chǎn)品制作與調(diào)試 課件 項目5、6 紅外線報警器的設(shè)計與制作、直流穩(wěn)壓電源的分析與制作

項目5紅外線報警器的設(shè)計與制作項目描述熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物身體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。它可以做成主動式和被動式的傳感器，與各種電路配合，廣泛應(yīng)用于安全預(yù)防及控制自動門、燈、水龍頭等場合。本項目使用SD02型熱釋電人體紅外傳感器組成放大檢測電路，制成紅外線報警器。報警器可監(jiān)視幾十米范圍內(nèi)運動的人體，當(dāng)有人在該范圍內(nèi)走動時，就會發(fā)出報警信號。任務(wù)5.1差分放大電路的組裝與測試【任務(wù)引入】差分放大電路又叫差動放大電路，是另一類基本放大器，它的輸出電壓與兩個輸入電壓之差成正比，由此而得名。它不僅能放大直流信號，而且能有效地減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化而引起的零點漂移，因而獲得廣泛應(yīng)用，是組成集成運算放大器的一種主要電路，常被用作多級放大電路的前置級。

電工電子產(chǎn)品制作與調(diào)試信號源第一級第二級負載

兩級阻容耦合放大電路

阻容耦合放大電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，頻率特性好，靜態(tài)工作點不互相影響，其應(yīng)用十分廣泛。但耦合電容對低頻信號衰減大，對緩慢變化的信號不能進行耦合，同時在集成電路中難于制造大的電容，所以阻容耦合形式在集成電路中無法應(yīng)用。為什么選用“差動”的電路形式?差分放大電路的組裝與分析兩級直接耦合放大電路

直接耦合方式中信號不經(jīng)過電容，所以頻率特性較好，可以放大頻率很低的信號或直流信號，并便于集成，但靜態(tài)工作點不再互相獨立，而且會引起零點漂移。1、集成電路級與級之間采用直接耦合，而直接耦合電路必然會產(chǎn)生“零點漂移”。

零點漂移：當(dāng)輸入信號為0，由于電源波動、溫度變化等原因，使工作點發(fā)生變化，使放大器輸出電壓偏離起始點做上下漂動，成為零點漂移。如圖中，當(dāng)時，由于某種原因使，設(shè)，則這種緩慢變化的信號將淹沒有用的信號，這是不允許的。2、為了有效抑制零漂，輸入級必須采用差動放大器。抑制零點漂移的工作原理

差動電路最大特點是電路完全對稱，其中T1、T2

兩管特性相同，元件參數(shù)之值相等。當(dāng)溫度變化時，對兩管的影響是一致的，相當(dāng)給兩管電路同時加入大小相等、極性相同的輸入信號，因此，當(dāng)電路特性完全對稱的情況下，兩管的集電極電位始終相同，不會出現(xiàn)普通直接耦合放大器那樣的漂移電壓，這就是為什么差動放大電路能夠抑制零點漂移的原因。基本差動放大電路構(gòu)成原理

當(dāng)ui1=ui2=0時，當(dāng)溫度變化時,電路的對稱性越好,抑制零漂的作用越強.共模輸入差模輸入比較輸入大小相等、極性相同的信號大小相等、極性相反的信號抑制共模信號能力的大小，反映對零點漂移的抑制水平輸出電壓為兩管各自輸出電壓變化量的2倍大小、極性均任意的信號差動放大電路的信號輸入任務(wù)5.2集成運算放大器的組成與調(diào)試【任務(wù)引入】集成運算放大器簡稱為集成運放。集成運放最早應(yīng)用于信號的運算，所以又稱為運算放大器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前集成運放的應(yīng)用幾乎滲透到電子技術(shù)的各個領(lǐng)域，除運算外，還可以對信號進行處理、變換、產(chǎn)生和測量，稱為組成電子系統(tǒng)的基本功能單元。

電工電子產(chǎn)品制作與調(diào)試集成電路（IC）是20世紀60年代初期發(fā)展起來的一種新型電子器件。它是利用半導(dǎo)體工藝技術(shù)把整個電路的絕大部分元件以及相互之間的連線同時制作在一塊半導(dǎo)體芯片上，再用塑料封裝起來。

特點:是體積小，重量輕，性能好，功耗低，可靠性高。

5.2.1集成運算放大器的認識通常由差動放大電路構(gòu)成，目的是為了減小放大電路的零點漂移、提高輸入阻抗。通常由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成，目的是為了獲得較高的電壓放大倍數(shù)。通常由互補對稱電路構(gòu)成，目的是為了減小輸出電阻，提高電路的帶負載能力。一般由各種恒流源電路構(gòu)成，作用是為上述各級電路提供穩(wěn)定、合適的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點。最簡單集成運放

調(diào)零端：1和5管腳輸入端：2和3管腳輸出端：6管腳電源端：4和7管腳集成運放的主要參數(shù)(1)開環(huán)差模電壓增益：(2)最大差模輸入電壓：(3)最大輸出電壓：(4)差模輸入電阻：(5)輸出電阻：(6)共模抑制比：開環(huán)：運算放大器外部，兩個輸入和輸出之間沒有任何連接。增益越大，放大器精度越高，工作越穩(wěn)定抑制共模信號的能力，即抑制零點漂移的能力理想運算放大器

將集成運算放大器的一些參數(shù)近似理想化，得到理想運算放大器的模型，有(1)開環(huán)差模電壓增益：(3)差模輸入電阻：(4)輸出電阻：(2)共模抑制比：注意：無特殊說明，今后我們分析的集成運算放大器均為理想運算放大器！1.理想集成運算放大器主要條件＋－u-－u+uo國際符號：國內(nèi)符號：集成運放的特點：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小反相輸入端同相輸入端輸出端集成運算放大器的電壓傳輸特性開環(huán)狀態(tài)下在線性區(qū)域內(nèi)特性曲線中的線性區(qū)很窄其他部分稱為飽和區(qū)(非線性區(qū))理想傳輸特性：Aod越大，線性區(qū)越小，當(dāng)Aod→∞時，線性區(qū)→00uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)+10V-10V+Uom-Uom0uoui理想運算放大器：開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=∞差摸輸入電阻Rid=∞輸出電阻Ro=0(1)兩個輸入端之間電壓近似為零5.工作在線性區(qū)域的理想集成運算放大器的兩個重要結(jié)論在線性區(qū)由于為有限值，而為無窮大，因此故相當(dāng)于兩個輸入端短路（“虛短”）（“虛斷”）由于為無窮大，故相當(dāng)于兩個輸入端之間開路(2)兩個輸入端電流近似為零3.2.4比例運算1.反相比例運算電路特點：運算放大器工作在閉環(huán)狀態(tài)，即在運放外部，輸出端與一個反相輸入端有物理連接。特點：

輸入信號接反相輸入端；反饋電阻接于輸出與反相輸入端之間；輸出電壓與輸入電壓反相。虛地點i1=if

（虛斷）因為有負反饋，利用虛短和虛斷u+

=0

u－=u+=0（虛地）電壓放大倍數(shù):由式可知，在輸入一定的前提下，改變的比例關(guān)系，可以得到所需的輸出。特殊情況下

當(dāng)時，有，此時我們稱該電路為反相器或反號器。例題1.

R1=10k

,Rf=20k,ui=-1V。求:uo

、Ri。說明R0的作用，R0應(yīng)為多大？特點：共模輸入電壓=0（u－=u+=0）缺點：輸入電阻?。?/p>

Ri=R1）

R0為平衡電阻(使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等):R0=R1//Rf，輸入信號為零時，輸出信號也為零。2.同相比例運算特點：輸入信號接同相輸入端；反饋電阻接于輸出與反相輸入端之間；輸出電壓與輸入電壓同相。由“虛斷”及”虛短”由平衡電阻的概念有Au=1特例：電壓跟隨器此電路是同相比例運算的特殊情況，輸入電阻大，輸出電阻小。在電路中作用與分立元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。ui=u+=u-=uo利用虛短和虛斷：由“虛斷”及”虛短”由平衡電阻的概念有3.反相加法運算由圖可知反相輸入端虛地由KCL有由平衡電阻的概念有當(dāng)有

該結(jié)論可推廣為多個輸入信號

電路如圖，已知

求：輸出電壓的大小。

解：該電路實現(xiàn)了三個輸入信號的反相加法運算，所以

例電工電子產(chǎn)品制作與調(diào)試4.減法運算

輸入信號由兩個輸入端分別輸入，稱為差動輸入。

由虛短得到

由虛斷得到

當(dāng)時電工電子產(chǎn)品制作與調(diào)試分析輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系電工電子產(chǎn)品制作與調(diào)試項目6直流穩(wěn)壓電源的分析與制作項目描述在工業(yè)或民用電子產(chǎn)品中，其控制電路通常采用直流電源來供電。對于直流電源的獲取，除了直接采用蓄電池、干電池或直流發(fā)電機外，目前廣泛采用的是直流穩(wěn)壓電源，它可以將電網(wǎng)提供給我們的交流電壓轉(zhuǎn)換成為電子電路所需要的穩(wěn)定的直流電壓。本項目以小功率直流穩(wěn)壓電源為研究對象，試分析其工作過程并制作調(diào)試該電路。任務(wù)6.1整流電路的分析整流電路的作用整流電路的主要作用是將交流電壓轉(zhuǎn)化為脈動直流電壓。整流電路半波全波橋式整流電路電路結(jié)構(gòu)

－RLuo1234ab+–+–u變壓器整流橋電路由變壓器T和二極管VD1VD4及負載RL組成。整流電路工作原理分析二極管電路的工作原理，實際上就是要判斷，在給定輸入的條件下，判斷二極管的工作狀態(tài)，是導(dǎo)通還是截止，從而，對輸出產(chǎn)生哪些影響。整流電路的輸入，就是變壓器的二次側(cè)輸出電壓U，是這樣一個正弦交流電壓。整流電路正半周Va>Vb，D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。uD2uD4

－uouDttRLuo1234ab+–

－u+–uu正半周：整流電路負半周uDu2D4RLiouo1234ab+–uouDttuD1uD3

－

－u+–uVa<Vb，D2、D4

導(dǎo)通，D1、D3

截止。u負半周：整流電路參數(shù)計算uotRLiouo1234+–+–u(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io整流電路參數(shù)計算(3)二極管平均整流電流ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRMuD2uD4uDtuD1uD3u二極管選擇時應(yīng)滿足：最大整流電流：IOM>ID最大反向工作電壓：URWM>URM電子元器件的安裝電子裝配是將各種元器件、零部件及結(jié)構(gòu)件,按照設(shè)計要求安裝到規(guī)定的位置上，組成具有一定功能的電子產(chǎn)品的過程。元器件要安裝到電路板上,其引腳需要成型,成型的目的是為了滿足安裝尺寸與印制電路板的配合等要求電子裝配工藝元器件水平安裝元器件直立安裝電子元器件安裝的基本原則電子元器件的安裝01元器件安裝的順序:先低后高,先小后大,先輕后重。02元器件安裝的方向:電子元器件的標(biāo)記和色碼部位應(yīng)朝上,以便于辨認;水平安裝元件的數(shù)值讀法應(yīng)保證從左至右,豎直安裝元件的數(shù)值讀法應(yīng)保證從下至上。03元器件的間距:在印制電路板上的元器件之間的距離不能小于1mm;引腳間距要大于2mm,必要時,要給引腳套上絕緣套管。對水平安裝的元器件,應(yīng)使元器件貼在印制電路板.上,元器件與印制電路板之間的距離要保持在0.5mm左右;對豎直安裝的元件,元器件與印制電路板之間的距離應(yīng)在3~5mm。電子元器件安裝注意事項電子元器件的安裝1)元器件插好后,其引腳的外形處理有彎腳的,有切斷成型等方法,要根據(jù)要求處理好,所有彎腳的彎折方向都應(yīng)與銅箔走線方向相同。2)安裝二極管時,除注意極性外，還要注意外殼封裝,特別是玻璃殼體易碎，引腳彎曲時易爆裂;對于大電流二極管,有的則將引腳體當(dāng)作散熱器,故必須根據(jù)二極管規(guī)格中的要求決定引腳的長度。3)為了區(qū)別三極管的電極和電解電容的正負端,一般是在安裝時,加帶有顏色的套管進行區(qū)別。4)大功率三極管一般不宜裝在印制電路板上。因為它發(fā)熱量大,易使印制電路板受熱變形。元器件引腳手工成型的方法手工成型所用的工具是鑷子和圓弧的長尖嘴鉗，用鑷子和長尖嘴鉗夾住原件根部，彎折元件引腳，形成一圓弧即成.元器件手工成型示意圖手工焊接的步驟在制作定制產(chǎn)品過程中電子元器件的焊接均采用錫焊，錫接質(zhì)量好壞直接影響電子設(shè)備的工作性能。焊接工具與材料（1）焊接的工具：電烙鐵、尖嘴鉗、斜口鉗、剝線鉗、螺釘旋具、鑷子和電烙鐵架等。（2）焊料與焊劑：電子線路焊接所用焊料為焊錫；常用的焊劑有焊油和松香。（3）手工焊接：手工焊接就是使用電烙鐵進行的人工焊接。手工焊接的步驟焊接前的準備在焊前的準備工作主要包括元器件的引腳和印制電路板表面清潔、預(yù)焊、元器件引腳或成型與插裝；為了保證焊接工作的順利進行，在焊接前要用刀片或細砂紙等工具對元器件引腳和印制電路板表面進行清潔處理；預(yù)焊是給待焊材料焊接處鍍上一層薄焊錫（俗稱上錫或搪錫），這樣有利于元器件的焊接，同時也能保證焊接質(zhì)量。手工焊接的步驟焊接的步驟（1）準備：將加熱好的電烙鐵（烙鐵頭上應(yīng)熔化一部分焊料）和帶有助焊劑的焊料對準已經(jīng)預(yù)加工好的待焊材料，如圖所示。準備預(yù)熱（2）烙鐵預(yù)熱：用電烙鐵加熱待焊接處，要掌握好電烙鐵頭的角度，使焊點與烙鐵的接觸，面積大一些且應(yīng)有一定壓力如圖所示。手工焊接的步驟（3）送焊料：待焊材料加熱到一定溫度后，從烙鐵頭到對面送上焊料并熔化焊料，如圖所示。（4）移開焊料：當(dāng)焊料熔化到一定量后，移開焊料，如圖所示。（5）撤去電烙鐵：當(dāng)焊接點上的焊料接近飽滿、焊劑還沒有完全揮發(fā)、焊點最光亮、流動性最強的時候，應(yīng)迅速撤去電烙鐵，如圖所示。送焊料移開焊料撤去電烙鐵手工焊接的步驟焊接檢驗（1）電氣連接應(yīng)可靠：在焊點處應(yīng)為一個合格的短路點，與之相連的各點間的接觸電阻值應(yīng)為零。（2）足夠的機械強度：各焊件在機械上形成一體、要有一定的抗拉、抗震強度。可用鑷子輕輕撥動焊接部位進行檢查，并確認其適量。檢查主要包括導(dǎo)線、元器件引腳和焊錫是否結(jié)合良好，有無虛焊現(xiàn)象，元器件引腳和導(dǎo)線根部是否有機械損傷。（3）外觀要合乎要求：通過肉眼從焊點的外觀上檢查焊接質(zhì)量，可以借助3-10倍放大鏡進行目檢。一個良好的焊點，應(yīng)是明亮、平滑、焊料量充足、無裂紋、無針孔和拉尖現(xiàn)象。手工焊接的步驟焊接的技巧（1）保持烙鐵頭的清潔，因為焊接時烙鐵頭長期處于高溫狀態(tài)，又接觸焊劑等雜質(zhì)，其表面很容易氧化并黏上一層黑色雜質(zhì)，這些雜質(zhì)形成隔熱層，使烙鐵頭失去加熱作用，因此要隨時除去雜質(zhì)。（2）焊接順序按元件高度自低到高，依次為電阻器、二極管、集成電路、電容器。三極管。（3）焊接時間要短，以免造成印制電路板銅箔翹起、元件損壞。焊接的技巧04焊錫用量要合適，過量的焊錫會增加焊接時間，更嚴重的是過量的焊錫有可能造成不易察覺的短路。但是焊錫過少不能形成牢固地結(jié)合，同樣也是不允許的。05耐熱性差的元器件應(yīng)使用工具輔助散熱。如CMOS集成電路、瓷片電容、發(fā)光二極管等元器件，施焊時注意控制加熱時間，焊接一定要快。在焊接過程中可以用鑷子、尖嘴鉗子等夾住元器件的引腳，減少熱量傳遞到元器件，避免元器件承受高溫。手工焊接的步驟濾波電路的分析濾波電路一般由電容和電感這樣的電抗元件組成濾波電路電容濾波電感濾波π形濾波電路結(jié)構(gòu)及原理電容充電電容放電uTRLD1D4D3D2uoioCuCtuO2U0電容濾波電路的工作原理利用電容的儲能特性來減小輸出電壓的波動，將脈動直流電轉(zhuǎn)