可重复使用的多种放大电路兼容实验板的制作方法

本实用新型属于教学器材领域，涉及一种可重复使用的多种放大电路兼容实验板，具体说，涉及一种可实现多种功能放大电路的通用开发板。

背景技术：

放大电路是电子电路设计中最常见的电路结构，常用的放大电路有同相放大电路、反相放大电路、积分放大电路、差分放大电路、加法放大电路、电压跟随电路等。在相关电子类课程实验教学中，需要用到这些电路时，通常学生在老师的指导下，根据电路图搭建以上电路，一般来说搭建的电路都是一次性的。但是，每年在各种课程的教学中用到这些电路，由于每个课程需求不同，放大电路的参数不同，电路的元器件参数也需要进行相应改变，需要重新安装电路，这样造成了大量电路板的不可重复性，造成资源的浪费和电子垃圾的产生。现有的实验板是根据不同的放大电路进行设计，需要不同的电路开发板，这样在通用性方面会带来很多的不便，大大增加开发的实验周期和延长开发的效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服目前多种放大电路结构不同，开发使用时需要分别进行开发设计，开发调试制作过程不可复制、效率有待提高等不足，提供一种可重复使用的多种放大电路兼容实验板。

本实用新型的多种放大电路兼容实验板包括基板，多个电子元件插接孔和一组外接电源插接孔设置在基板上。所述的多种放大电路包括同相放大电路、反相放大电路、积分放大电路、差分放大电路、加法放大电路、电压跟随电路。所述的一组外接电源插接孔包括一个电源正极插接孔V+、一个负极电源插接孔V-和一个接地端插接孔GND。所述的电子元件插接孔包括一组放大器插接孔、两组电位器插接孔、六对电阻插接孔、七对电容插接孔、两对电感插接孔、两对信号输入端子插接孔、一对信号输出端子插接孔。具体是：

所述的一组放大器插接孔为八个，分别为放大器1脚插接孔U-1、放大器2脚插接孔U-2、放大器3脚插接孔U-3、放大器4脚插接孔U-4、放大器5脚插接孔U-5、放大器6脚插接孔U-6、放大器7脚插接孔U-7、放大器8脚插接孔U-8。第一组电位器插接孔包括两个第一电位器固定端插接孔PR1-1和PR1-2、一个第一电位器移动端插接孔PR1-3；第二组电位器插接孔包括两个第二电位器固定端插接孔PR2-1和PR2-2、一个第二电位器移动端插接孔PR2-3。

放大器1脚插接孔U-1与一个第一电位器固定端插接孔PR1-1连接，放大器8脚插接孔U-8与另一个第一电位器固定端插接孔PR1-2连接。第一电位器移动端插接孔PR1-3、一个第一电容插接孔C1-1、一个第二电容插接孔C2-1、一个第一电感插接孔L1-1均与放大器7脚插接孔U-7连接；一个第三电容插接孔C3-1、一个第四电容插接孔C4-1、一个第二电感插接孔L2-1均与放大器4脚插接孔U-4连接。

一个第一电阻插接孔R1-1和一个第二电阻插接孔R2-1均与放大器3脚插接孔U-3连接；一个第三电阻插接孔R3-1、一个第四电阻插接孔R4-1、一个第五电阻插接孔R5-1、一个第六电阻插接孔R6-1和一个第五电容插接孔C5-1均与放大器2脚插接孔U-2连接；另一个第二电阻插接孔R2-2和另一个第三电阻插接孔R3-2与一个第一信号输入端子插接孔JS1-1连接，另一个第四电阻插接孔R4-2与一个第二信号输入端子插接孔JS2-1连接。

一个第二电位器固定端插接孔PR2-1和移动端插接孔PR2-3连接后，与放大器6脚插接孔U-6、一个信号输出端子插接孔JS3-1、另一个第五电容插接孔C5-2连接，另一个第二电位器固定端插接孔PR2-2与另一个第六电阻插接孔R6-2连接。

另一个第一电感插接孔L1-2和一个第六电容插接孔C6-1与电源正极插接孔V+连接，另一个第二电感插接孔L2-2和一个第七电容插接孔C7-1与电源负极插接孔V-连接；另一个第一电容插接孔C1-2、另一个第二电容插接孔C2-2、另一个第三电容插接孔C3-2、另一个第四电容插接孔C4-2、另一个第六电容插接孔C6-2、另一个第七电容插接孔C7-2、另一个第一电阻插接孔R1-2、另一个第五电阻插接孔R5-2、另一个第一信号输入端子插接孔JS1-2、另一个第二信号输入端子插接孔JS2-2、另一个信号输出端子插接孔JS3-2均与接地端插接孔GND连接。

所述的连接为通过线路电连接。进一步，所述的线路为基板上的印刷线路。

外部电源通过外接电源插接孔接入。将电容C2、C4、C6、C7的两端分别插入放大电路实验板中的两个第二电容插接孔C2-1和C2-2、第四电容插接孔C4-1和C4-2、第六电容插接孔C6-1和C6-2、第七电容插接孔C7-1和C7-2，将电感L1、L2的两端分别插入放大电路实验板中的两个第一电感插接孔L1-1和L1-2、第二电感插接孔L2-1和L2-2；即电容C2的一端和电感L1的一端接放大器U的7脚，电容C4的一端和电感L2的一端接放大器U的4脚，电容C6的一端和电感L1的另一端接电源正极，电容C7的一端和电感L2的另一端接电源负极，电容C2、C4、C6、C7的另一端接电源地。这样就构成了该多功能板的电源滤波和稳压电路，经过C6、C7、L1、L2构成的π型滤波电路进行稳压滤波，形成比较稳定的直流正负电源，给实验板的放大电路提供所需的正负电源。

本实用新型在硬件上利用放大器为核心器件，将放大电路常用的结构拓扑利用叠加的思想，构建一种通用的多功能电路实验板，将构成不同放大电路的元件引脚处做成插孔形式，可以根据需要进行元件的安装，由已经连接好的元件即可构成常用的放大电路：同相放大电路、反相放大电路、积分放大电路、差分放大电路、加法放大电路、电压跟随电路等。利用这种电路板在课程实验教学中，尤其是对复杂系统的搭建中，往往需要多种放大电路，可以将设计的不同放大电路很方便地实施实践，大大节省了系统实验的时间和效率，更有效地来分析复杂系统的性能。同时各种功能放大电路在同一多功能板的实现，也有利于引导做实验的学生进行思考，对各种放大电路进行对比分析。利用该实验板开展教学工作，利用传统的实验模式，完成一个复杂系统的实验项目需要6-8个课时，现在仅需要2-3个课时就可以完成，省去了很对重复制板的过程，可以将这些课时用于开发学生创新能力，分析能力的各种实验活动，大大提升了教学效率和教学效果。同时在其他项目或其他课程的实验中，需要用到放大电路，可以在利用已经用过的实验板，只需要将元件拔掉，重新根据自己的需求插入相应的元件即可构成新的放大电路。这样可以大大节省实验消耗费用，减少了电子垃圾，有利于实验教学的绿色环保。

本实用新型将可能需要构成不同放大电路的多种电路叠加，并固化在实验板上，电路将可实现的各种放大电路的相关元件的插孔和电路连线做好，根据实验需要选用的放大电路情况，再将相关的元器件选择好，插入相关的插孔中，这样就可实现所需要的放大电路的功能和要求。本实用新型的多功能的放大电路实验板将各种放大电路常用的电路结构进行最优整合和叠加，可重复使用的一种实验板。在使用时，可以根据放大电路的实际类型，合理选择电路结构中的相关元器件和参数进行安装，即可达到一块开发板多种放大电路功能的作用，可以大大增加在电路设计开发实验过程中的时间，提高开发效率，该实验板可重复使用，有利于节省资源和减少浪费。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为插入电子原件后的同相放大电路的等效电路图；

图3为插入电子原件后的反相放大电路的等效电路图；

图4为插入电子原件后的积分放大电路的等效电路图；

图5为插入电子原件后的差分放大电路的等效电路图；

图6为插入电子原件后的加法放大电路的等效电路图；

图7为插入电子原件后的电压跟随电路的等效电路图。

具体实施方式

如图1所示，可重复使用的多种放大电路兼容实验板，包括基板，多个电子元件插接孔和一组外接电源插接孔设置在基板上。一组外接电源插接孔包括一个电源正极插接孔V+、一个负极电源插接孔V-和一个接地端插接孔GND。电子元件插接孔包括一组放大器插接孔、两组电位器插接孔、六对电阻插接孔、七对电容插接孔、两对电感插接孔、两对信号输入端子插接孔、一对信号输出端子插接孔。

一组放大器插接孔为八个，分别为放大器1脚插接孔U-1、放大器2脚插接孔U-2、放大器3脚插接孔U-3、放大器4脚插接孔U-4、放大器5脚插接孔U-5、放大器6脚插接孔U-6、放大器7脚插接孔U-7、放大器8脚插接孔U-8。第一组电位器插接孔包括两个第一电位器固定端插接孔PR1-1和PR1-2、一个第一电位器移动端插接孔PR1-3；第二组电位器插接孔包括两个第二电位器固定端插接孔PR2-1和PR2-2、一个第二电位器移动端插接孔PR2-3。

放大器1脚插接孔U-1与一个第一电位器固定端插接孔PR1-1连接，放大器8脚插接孔U-8与另一个第一电位器固定端插接孔PR1-2连接。第一电位器移动端插接孔PR1-3、一个第一电容插接孔C1-1、一个第二电容插接孔C2-1、一个第一电感插接孔L1-1均与放大器7脚插接孔U-7连接；一个第三电容插接孔C3-1、一个第四电容插接孔C4-1、一个第二电感插接孔L2-1均与放大器4脚插接孔U-4连接。

一个第一电阻插接孔R1-1和一个第二电阻插接孔R2-1均与放大器3脚插接孔U-3连接；一个第三电阻插接孔R3-1、一个第四电阻插接孔R4-1、一个第五电阻插接孔R5-1、一个第六电阻插接孔R6-1和一个第五电容插接孔C5-1均与放大器2脚插接孔U-2连接；另一个第二电阻插接孔R2-2和另一个第三电阻插接孔R3-2与一个第一信号输入端子插接孔JS1-1连接，另一个第四电阻插接孔R4-2与一个第二信号输入端子插接孔JS2-1连接。

一个第二电位器固定端插接孔PR2-1和移动端插接孔PR2-3连接后，与放大器6脚插接孔U-6、一个信号输出端子插接孔JS3-1、另一个第五电容插接孔C5-2连接，另一个第二电位器固定端插接孔PR2-2与另一个第六电阻插接孔R6-2连接。

另一个第一电感插接孔L1-2和一个第六电容插接孔C6-1与电源正极插接孔V+连接，另一个第二电感插接孔L2-2和一个第七电容插接孔C7-1与电源负极插接孔V-连接；另一个第一电容插接孔C1-2、另一个第二电容插接孔C2-2、另一个第三电容插接孔C3-2、另一个第四电容插接孔C4-2、另一个第六电容插接孔C6-2、另一个第七电容插接孔C7-2、另一个第一电阻插接孔R1-2、另一个第五电阻插接孔R5-2、另一个第一信号输入端子插接孔JS1-2、另一个第二信号输入端子插接孔JS2-2、另一个信号输出端子插接孔JS3-2均与接地端插接孔GND连接。

以上的连接均为通过印刷在基板上的印刷线路实现的电连接。

该多功能放大电路实验板可以搭建的放大电路包括同相放大电路、反相放大电路、积分放大电路、差分放大电路、加法放大电路、电压跟随电路。

搭建时，将放大器U的八个引脚分别对应插入放大器引脚插接孔U-1～8；将第一电位器PR1的两个固定端分别插入两个第一电位器固定端插接孔孔PR1-1和PR1-2，一个移动端插入第一电位器移动端插接孔PR1-3，使第一电位器PR1的两个固定端接放大器U的1脚和8脚，第一电位器PR1的固定端接放大器U的7脚；将电容C1、C3的两端分别插入放大电路实验板中的两个第一电容插接孔C1-1和C1-2、第三电容插接孔C3-1和C3-2，使电容C1的一端接放大器U的7脚，电容C3的一端接放大器U的4脚，电容C1和电容C3的另一端接电源地；将信号输出端子JS3的两端分别插入信号输出端子插接孔JS3-1和JS3-2，即信号输出端子JS3的一端接放大器U的6脚，作为信号输出端，信号输出端子JS3的另一端接电源地。放大器U选用高精度、低温漂的放大器OP07。电容C1和C3是放大器电源的去耦电容，它们的一端分别和放大器的正负电源相接，另一端接地，可以减小电源的高频干扰，起到抗干扰、增加放大器电源的稳定性和可靠性的作用。具体搭建方法如下：

1、搭建同相放大电路(如图2)：将第一信号输入端子JS1的两端分别插入第一信号输入端子插接孔JS1-1和JS1-2，将电阻R2的两端分别插入第二电阻插接孔R2-1和R2-2，即第一信号输入端子JS1的一端通过电阻R2与放大器U的3脚连接，作为信号同相输入端，第一信号输入端子JS1的另一端接电源地；将第二电位器PR2的两个固定端分别插入两个第二电位器固定端插接孔PR2-1和PR2-2、一个移动端插入第二电位器移动端插接孔PR2-3，将电阻R5、R6的两端分别插入第五电阻插接孔R5-1和R5-2、第六电阻插接孔R6-1和R6-2，即第二电位器PR2的一个固定端和移动端通过电阻R6与电阻R5的一端、放大器U的2脚连接，作为信号反相输入端，电阻R5的另一端接电源地；信号输出端子JS3的一端和第二电位器PR2的另一个固定端接放大器U的6脚，作为同相放大电路的输出端。

2、搭建反相放大电路(如图3)：将电阻R1的两端分别插入第一电阻插接孔R1-1和R1-2，即放大器U的3脚通过电阻R1接电源地，作为信号同相输入端；将电阻R4、R6的两端分别插入第四电阻插接孔R4-1和R4-2、第六电阻插接孔R6-1和R6-2，将第二信号输入端子JS2的两端分别插入第二信号输入端子插接孔JS2-1和JS2-2，将第二电位器PR2的两个固定端分别插入两个第二电位器固定端插接孔PR2-1和PR2-2、一个移动端插入第二电位器移动端插接孔PR2-3，即第二信号输入端子JS2的一端通过电阻R4、第二电位器PR2的一个固定端和移动端通过电阻R6接放大器U的2脚，作为信号反相输入端，第二信号输入端子JS2的另一端接电源地；信号输出端子JS3的一端和第二电位器PR2的另一个固定端接放大器U的6脚，作为反相放大电路的输出端。

3、搭建积分放大电路(如图4)：将电阻R1的两端分别插入第一电阻插接孔R1-1和R1-2，即放大器U的3脚通过电阻R1接电源地，作为信号同相输入端；将电阻R4、R6的两端分别插入第四电阻插接孔R4-1和R4-2、第六电阻插接孔R6-1和R6-2，将电容R5的两端分别插入第五电容插接孔C5-1和C5-2，将第二信号输入端子JS2的两端分别插入第二信号输入端子插接孔JS2-1和JS2-2，将第二电位器PR2的两个固定端分别插入两个第二电位器固定端插接孔PR2-1和PR2-2、一个移动端插入第二电位器移动端插接孔PR2-3，即第二信号输入端子JS2的一端通过电阻R4、第二电位器PR2的一个固定端和移动端通过电阻R6接电容R5的一端和放大器U的2脚，作为信号反相输入端，第二信号输入端子JS2的另一端接电源地；信号输出端子JS3的一端、电容R5的另一端、第二电位器PR2的另一个固定端接放大器U的6脚，作为积分放大电路的输出端。

4、搭建差分放大电路(如图5)：将电阻R1、R2、R4、R6的两端分别插入第一电阻插接孔R1-1和R1-2、第二电阻插接孔R2-1和R2-2、第四电阻插接孔R4-1和R4-2、第六电阻插接孔R6-1和R6-2，将第一信号输入端子JS1、第二信号输入端子JS2的两端分别插入第一信号输入端子插接孔JS1-1和JS1-2、第二信号输入端子插接孔JS2-1和JS2-2，将第二电位器PR2的两个固定端分别插入两个第二电位器固定端插接孔PR2-1和PR2-2、一个移动端插入第二电位器移动端插接孔PR2-3；即放大器U的3脚通过电阻R1接电源地、通过电阻R2接第一信号输入端子JS1的一端，作为信号同相输入端，第一信号输入端子JS1的另一端接电源地；第二信号输入端子JS2的一端通过电阻R4、第二电位器PR2的一个固定端和移动端通过电阻R6接放大器U的2脚，作为信号反相输入端，第二信号输入端子JS2的另一端接电源地；信号输出端子JS3的一端和第二电位器PR2的另一个固定端接放大器U的6脚，作为差分放大电路的输出端。

5、搭建加法放大电路(如图6)：将电阻R1、R3、R4、R6的两端分别插入第一电阻插接孔R1-1和R1-2、第三电阻插接孔R3-1和R3-2、第四电阻插接孔R4-1和R4-2、第六电阻插接孔R6-1和R6-2，将第一信号输入端子JS1、第二信号输入端子JS2的两端分别插入第一信号输入端子插接孔JS1-1和JS1-2、第二信号输入端子插接孔JS2-1和JS2-2，将第二电位器PR2的两个固定端分别插入两个第二电位器固定端插接孔PR2-1和PR2-2、一个移动端插入第二电位器移动端插接孔PR2-3；即放大器U的3脚通过电阻R1接电源地，作为信号同相输入端；第一信号输入端子JS1的一端通过电阻R3、第二信号输入端子JS2的一端通过电阻R4、第二电位器PR2的一个固定端和移动端通过电阻R6接放大器U的2脚，作为信号反相输入端，第一信号输入端子JS1、第二信号输入端子JS2的另一端接电源地；信号输出端子JS3的一端和第二电位器PR2的另一个固定端接放大器U的6脚，作为加法放大电路的输出端。

6、搭建电压跟随电路(如图7)：将第一信号输入端子JS1的两端分别插入第一信号输入端子插接孔JS1-1和JS1-2，将电阻R2的两端分别插入第二电阻插接孔R2-1和R2-2，即第一信号输入端子JS1的一端通过电阻R2与放大器U的3脚连接，作为信号同相输入端，第一信号输入端子JS1的另一端接电源地；将导线的两端分别插入第五电容插接孔C5-1和C5-2，造成短接，即信号反相输入端和信号输出端均直接接入信号输出端子JS3的一端。

图中虚线三角形表示以上各放大电路等效的放大器，而非具体的电子元件。

实验中具体实施步骤如下：

步骤1.将外部电源通过外接电源插接孔接入多功能实验板，将电容C2、C4、C6、C7和电感L1、L2插入实验板中对应的插槽中，输入电源经过π型滤波电路和电源的稳压，形成稳定的放点电路正负电源信号。

步骤2.将放大器U插入对应的放大器引脚插接孔，选用放大器型号为OP07；选用放大电路中的电容C1和C3，C1和C3是放大电路的电源滤波电容，能够实现放大器输入电源的抗干扰的作用。

步骤3.将第一信号输入端子JS1、信号输出端子JS3插入实验板，输入信号接入第一信号输入端子JS1，插入电阻R2和第一电位器PR1，将导线的两端分别插入第五电容插接孔C5-1和C5-2，造成短接，构成了电压跟随电路(如图7)，输出信号通过信号输出端子JS3接出。

步骤4.取下导线，插入电阻R5、R6和第二电位器PR2，构成了单级同相放大电路(如图2)。输入信号接入第一信号输入端子JS1，放大后的输出信号通过信号输出端子JS3接出。

步骤5.取下第一信号输入端子JS1，将第二信号输入端子JS2插入实验板，输入信号接入第二信号输入端子JS2，取下电阻R2、R5，插入电阻R1、R4，构成了单级反相放大电路(如图3)，放大后的输出信号通过信号输出端子JS3接出。

步骤6.插入电容C5，构成了积分放大电路(如图4)。输入的信号接入第二信号输入端子JS2，输出的积分信号通过信号输出端子JS3接出。

步骤7.将第一信号输入端子JS1插入实验板，输入的差分信号分别接入第一信号输入端子JS1和第二信号输入端子JS2，取下电容C5，插入电阻R2，构成了差分放大电路(如图5)，放大后的信号通过信号输出端子JS3接出。

步骤8.取下电阻R2，插入电阻R3，构成了加法电路(如图6)，两路信号分别接入第一信号输入端子JS1和第二信号输入端子JS2，输出的加法信号通过信号输出端子JS3接出。

电路接入电容C2、C4、C6、C7和电感L1、L2，构成电源部分的电路，将输入的直流电源接入。为了提升放大电路的精度，提升电源质量，采用π型滤波电路，进行电压的滤波。正电源的π型滤波器包括两个电容C1、C6和电感L1，负电源的π型滤波器包括电容C4、C7和L2。π型滤波器的输入和输出都呈低阻抗，插入损耗特性比RC型和LC型更好。输入电源经过π型滤波器，将输出比较稳定的电源给该实验板提供所需的正负电源。

将电位器PR1接入电路板，该电位器的接入的两个固定电阻端分别与放大器的1脚和8脚相连，中间滑动端接入正电源。通过PR1的调节，可以实现放大器的调零校准，可以减少放大电路的零点漂移。

电阻R2，R5和R6，电位器PR2接入电路板中，构成同相放大电路。输入信号经过R2相连的放大器的同相输入端接入电路，电阻R2是放大电路的匹配电阻，电路的放大倍数由R5、R6和电位器PR2决定，调整PR2可以微调放大倍数，放大倍数为：

电阻R1、R4和R6，电位器PR2接入电路板中，构成反相放大电路。输入信号经过R4相连的放大器的反相输入端接入电路，电阻R1是放大电路的匹配电阻，电路的放大倍数由R4、R6和电位器PR2决定，调整PR2可以微调放大倍数，放大倍数为：

电阻R1、R2、R4、R6和电位器PR2接入电路板中，构成差分放大电路。输入信号为差分信号，输入信号分别经过R2相连的正相输入端和R4相连的反相输入端接入电路，电阻R2和R4取值相同，使同相和反相输入电阻相匹配，电路的放大倍数由R4、R6和电位器PR2决定，调整PR2可微调放大倍数，输出电压和输入的差分电压放大倍数为：

电阻R2、电位器PR2接入电路板中，电容C5不接，将其端子短路，构成电压跟随电路，放大倍数为-1，实现输出电压是输入电压的跟随。

电阻R1、R3、R4、R6和电位器PR2接入电路板中，构成加法放大电路。一路加法输入信号输入信号分别经过R3和电阻R4相连的反相输入端接入电路中，输出电压U0和两路输入电压信号Ui1和Ui2的关系为：

电阻R1、R4、R6、电容C5、电位器PR2接入电路板中，构成积分放大电路。电路的输入信号经过R4相连的反相输入端接入电路中，电容C5是积分电容，为了避免低频信号增益过大，增加电阻R6和电位器PR2。在参数取值时，需满足：该积分电路的输出U0和输入Ui的关系为：