集成运算放大器教案.docx
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集成运算放大器教案
第五章集成运算放大器
第一节直流放大器
教学目的:
1、了解直流放大器的概念.
2、掌握直流放大器存在的问题.
3、掌握解决直流放大器零点漂移的问题.
4、掌握差动放大器的工作原理.
教学重点:
1、直流放大器存在的问题.
2、差动放大器抑制零漂的工作原理.
教学难点:
1、差动放大器抑制零漂的工作原理.
教学方法与手段:
1、教师讲授与学生练习相结合.
2、板书与多媒体课件相结合.
课时计划:
3课时
一、集成运算放大器
集成运算放大器——高增益的直接耦合的集成的多级放大器.
集成电路的工艺特点:
〔1〕元器件具有良好的一致性和同向偏差,因而特别有利于实现需要对称结构的电路.
〔2〕集成电路的芯片面积小,集成度高,所以功耗很小,在毫瓦以下.
〔3〕不易制造大电阻.需要大电阻时,往往使用有源负载.
〔4〕只能制作几十pF以下的小电容.因此,集成放大器都采用直接耦合方式.如需大电容,只有外接.
〔5〕不能制造电感,如需电感,也只能外接.
直流放大器:
用来放大缓慢变化的信号或某个直流量的变化的放大电路,称为直流放大器.
二、流放大器存在的两个问题
1、前后级静态工作点相互影响的问题.
解决的方法是:
在后级发射极加电阻、在后级发射极加二极管、用PNP型管与NPN型管互补构成.
2、存在零点漂移.
零点漂移:
输入ui=0时,,输出有缓慢变化的电压产生.
产生零漂的原因:
由温度变化引起的.当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时,这种变化量会被后面的电路逐级放大,最终在输出端产生较大的电压漂移.因而零点漂移也叫温漂.
零漂的衡量方法:
将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算.
3.
减小零漂的措施
用非线性元件进行温度补偿
采用差动放大电路
三、差动放大器
一>.结构:
对称性结构
即:
β1=β2=βUBE1=UBE2=UBErbe1=rbe2=rbe
RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb
1.差动放大电路一般有两个输入端:
双端输入——从两输入端同时加信号.
单端输入——仅从一个输入端对地加信号.
2.差动放大电路可以有两个输出端.
双端输出——从C1和C2输出.
单端输出——从C1或C2对地输出.
3.差模信号与共模信号
差模信号:
uid=ui1-ui2
共模信号:
uic=1/2
差模电压增益:
Aud=Uod/Uid
共模电压增益:
Auc=Uoc/Uic
总输出电压:
uo=uod+uoc=Auduid+Aucuic
4.共模抑制比KCMR=Aud/Auc
二〕.差动放大电路的基本工作原理
1、静态时
UI1=UI2UO=0
2、抑制零漂的原理
当ui1=ui2=0时,
UC1=UC2
Uo=UC1-UC2=0
当温度变化时:
设Tic1,ic2uc1,uc2
uo=uc1-uc2=0
3.电路的动态分析
<1>加入差模信号ui1=-ui2=uid/2,uic=0.
若ui1,ui2ib1,ib2ie1,ie2IRe不变UE不变
所以,Re对差模信号相当于短路.
①求差模电压放大倍数:
②差模输入电阻
③输出电阻
<2>加入共模信号
共模电压放大倍数
本课小结:
1、直流放大器存在的两个问题:
静态工作点相互影响的问题,零点漂移的问题.
2、解决零点漂移的办法是采用差动放大器.
3、差动放大器抑制零漂的原理.
作业:
《电子技术基础》教材P112 5-1、5-2、5-3
第二节OCL电路与OTL电路
教学目的:
1、掌握OCL电路与OTL电路的结构与工作原理.
2、掌握消除交越失真的方法.
教学重点:
1、OCL电路与OTL电路的工作原理.
2、输出功率的计算.
教学难点:
1、交越失真的消除方法.
教学方法与手段:
1、教师讲授与学生练习相结合.
2、板书与多媒体课件相结合.
课时计划:
4课时
一、OCL电路
一〕、电路结构
电路中采用了正负两组电源,采用两个晶体管:
NPN、PNP各一只;其中V1为NPN型,V2为PNP型,两管极性相反,性能一致.两只三极管的基极连在一起,作为信号的输入端,发射级连在一起,作为信号的输出端,组成互补对称式射极输出器.
二〕、工作原理
交越失真
1、静态工作情况分析
ui=0V,V1、V2均工作于截止状态,IB1=IB2=0,IC1=IC2=0,〔乙类工作状态〕→uo=0V
2、动态工作情况分析
输入信号正半周,Ui>0,V1加正向电压导通,V2加反向电压截止,il=ic1,uo≠0,
输入信号负半周,ui<0,V1加反向电压截止,V2加正向电压导通,il=ic2,uo≠0.
V1、V2两个管子交替工作,在负载上得到完整的正弦波.
三、实际双电源互补对称功率放大电路
1、电路结构
电路中增加R1、D1、D2、R2.
2、工作原理
1>、静态工作情况分析
V1、V2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降,致使两管均处于微弱导通状态——工作于甲乙类状态.
2>、动态工作情况分析
设ui加入正弦信号.正半周V2加反向电压截止,V1基极电位进一步提高,进入良好的导通状态,il=ic1,负半周V1加反向电压截止,V2基极电位进一步降低,进入良好的导通状态,il=ic2.从而避免了交越失真.
四>、分析计算
最大不失真输出功率Pomax
二〕、单电源互补对称电路――OTL电路
一〕电路结构
电路中只采用了一组电源,采用了两只极性相反,性能一致的三极管三极管的基极连在一起,作为信号的输入端,发射级连在一起,作为信号的输出端,组成互补对称式射极输出器,在OCL电路的基础上增加了一个电容C,C的作用有两个,一是作为输出耦合电容,二是作为负电源使用.
二、工作原理
1、静态工作情况分析
ui=0V,V1、V2均工作于截止状态,IB1=IB2=0,IC1=IC2=0,〔乙类工作状态〕→uo=0V,A点电位是电源电压的一半.
2、动态工作情况分析
输入信号正半周,Ui>0,V1加正向电压导通,V2加反向电压截止,il=ic1,uo≠0,
输入信号负半周,ui<0,V1加反向电压截止,V2加正向电压导通,il=ic2,uo≠0.〔由电容供电〕
V1、V2两个管子交替工作,在负载上得到完整的正弦波.同样存在交越失真.
三〕、实用型OTL电路
C1
C1与R组成自举电路
〔1〕静态偏置:
调整RW阻值的大小,可使
此时电容上电压
〔2〕动态分析
Ui负半周时,V1导通、V2截止;Ui正半周时,V1截止、V2导通.
〔电容起到了负电源的作用〕由于C1很大,两端电压基本不变,使C1上端电位随输出电压升高而升高.保证输出幅度达到VCC/2.
〔3〕输出功率与效率
四〕复合管
复合管的复合原则是:
1、保证参与复合的每只管子有各自的正确的电流流向.
2、复合管的类型由第一只管子决定.
本课小结:
1.功率放大器的特点:
工作在大信号状态下,输出电压和输出电流都很大.要求在允许的失真条件下,尽可能提高输出功率和效率.
2.为了提高效率,在功率放大器中,BJT常工作在乙类和甲乙类状态下,并用互补对称结构使其基本不失真.这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5%.
3.互补对称功率放大器的几种主要结构:
OCL〔双电源〕——乙类、甲乙类.
OTL〔单电源〕——乙类、甲乙类.
第三节 集成运算放大器的基础知识
教学目的:
1、了解集成运放的电路组成与符号.
2、掌握理想集成运算放大器的特点.
教学重点:
理想集成运算放大器的特点.
教学难点:
理想集成运算放大器的特点.
教学方法与手段:
1、教师讲授与学生练习相结合.
2、板书与多媒体课件相结合.
课时计划:
2课时
一、集成运放的电路组成与符号
集成运放的方框图
输入级主要是抑制零点漂移.
电压放大级主要是起电压放大作用.
输出级采用射极输出器主要是提高带负载能力.
偏置电路主要是供给各级直流电压,保证各级有合适稳定的静态工作点.
集成运放的图形符号
二、集成运放的主要参数
1、开环差模电压放大倍数Avo
2、输入失调电压VIO
3、输入失调电流IIO
4、共模抑制比KCMR
5、输出峰-峰电压VOPP
三、理想集成运放
理想集成运放所具备的条件是:
1、开环电压放大倍数AVO=∞
2、输入电阻ri=∞
3、输出电阻ro=∞
4、共模抑制比KCMR=∞
理想运放的两个重要结论:
1、理想运放的两输入端电位差趋于零.
即:
UP=UN
2、理想运放的输入电流趋于0
即:
II=0
本课小结:
1、集成运放的电路组成与符号.
2、集成运放的主要参数.
3、理想运放的主要条件.
作业:
《电子技术基础》教材P112 5-4、5-5、5-6
第四节 集成运算放大器构成的运算电路
教学目的:
1、了解反相比例运算放大器反、同相比例运算放大器的组成与计算.
2、掌握虚地、虚短、虚断的含义.
教学重点:
反相比例运算放大器、同相比例运算放大器的计算.
教学难点:
虚地、虚短、虚断的含义.
教学方法与手段:
1、教师讲授与学生练习相结合.
2、板书与多媒体课件相结合.
课时计划:
4课时
一、反相比例运算放大器
一〕、电路结构
因为ri=∞,Ii=0,VP=VN=0,故P与相当于短路,称为虚短,所以N点称为虚地,这是反相运算放大器的一个重要特点.
二、同相比例运算放大器
一〕、电路结构
本课小结:
1、反相比例运算放大器中的虚地,虚短、虚断的概念.
2、反相比例运算放大器的闭环放大倍数:
Avf=vo/vi=-Rf/R1
3、同相比例运算放大器的闭环放大倍数:
Avf=VO/Vi=I1/R1I1=1+Rf/R1
作业:
《电子技术基础》教材 P112 5-9
第五节 集成运算放大器的应用
教学目的:
1、了解加法运算放大器减法运算放大器的组成与计算.
2、了解各种信号转换电路的工作原理.
3、了解运算放大器的使用常识
教学重点:
加法运算放大器减法运算放大器的组成与计算.
教学难点:
各种信号转换电路的工作原理.
教学方法与手段:
1、教师讲授与学生练习相结合.
2、板书与多媒体课件相结合.
课时计划:
4课时
一、运算电路
一〕、加法运算电路
二、减法运算电路
三、运放的使用注意事项
1、输入端保护
2、输出端保护
3、电源保护
本课小结:
1、加法运算电路与减法运算电路的计算.
2、运算的使用注意事项.
作业:
《电子技术基础》教材:
P113 5-11、5-12、5-13、5-15