第三章集成运算放大器及其应用

第三章：集成运算放大器及其应用课题一：差动放大电路课型：理论教学目的：1、抑制零点漂移的有效方法2、基本差动放大电路组成和工作原理重点：基本差动放大电路的组成难点：基本差动放大电路的工作原理教学过程：Ⅰ、组织教学Ⅱ、理论内容一、相关知识（一）零点漂移放大直流信号和变化缓慢的信号必须采用直接耦合方式，但简单的直接耦合放大器，常会发生输入信号为零时，输出信号不为零的现象。产生这种现象原因很多，都是会引起静态工作点发生缓慢变化，该变化量逐级放大，便会使放大器输出端出现不规则的输出量，这种现象称为“零点漂移”，简称“零漂”。抑制零点漂移最有效的方法是采用差动放大电路。（二）基本差动放大电路1、电路组成基本差动放大电路如上图所示。它有两个特性相同的单管共射极放大电路组成。电路中有两个电源+V和-V，两管发射极连接在一起接Re。2、工作原理（1）静态分析当Vin+=Vin−=0时，Q1和Q2管特性相同，Rc1=Rc2，-V为Q1和Q2提供管提供偏置电流IB1和IB2，IB1=IB2，IC1=IC2，U1=UC2，这时，U0=U1-UC2=0，静态时输出压为零。（2）动态分析1）共模信号和差模信号在两输入端加大小相等、极性相同的输入信号为共模型号。在两输入端加大小相等、极性相反的输入信号为差模信号。2）对零点漂移的抑制作用在差动放大电路中，无论是温度的变化、电源电压的波动，都会引起两管集电极电流及相应集电极电压产生相同的变化，其效果就相当于在两个输入端加了共模信号。例如：t（温度）→IC1↑、IC2↑→IE↑→UE↑→UBE1↓、UBE2↓→IB1↓、IB2↓→IC1↓、IC2↓→UC1↓、UC2↓→VOUT=UC1-UC2=0上述过程实质是一种负反馈过程，电阻RE取值越大，则电流负反馈越强，稳流效果越好，克服零点漂移作用也越显著。2）对差模信号的放大作用输入信号Vin+、Vin−是大小相等、方向相反的差模信号，分别加到Q1和Q2基极。在差模信号的作用下，两管的集电极产生等值而相反的电流变化，它们共同流过RE时相互抵消，因而对差模信号而言，RE不会产生影响，可视为短路。差模信号的输入，在两个放大管的集电极产生分别为U01（-）和U02（+）的电压，负载上输出的电压为VOUT=U01−U02=2U01=2U02上式表明，在差模信号作用下，差动放大电路可以有效放大差模信号。3、共模抑制比（CMRR）一个性能良好的差动放大电路，对差模信号应有很高的放大倍数，对共模信号应有足够的抑制能力。共模抑制比的定义是，差模放大倍数Ad与共模放大倍数Ac之比，即CMRR=AdAcCMRR越大，差动放大电路的性能越好。综合上述，差动放大电路对共模信号没有放大作用，放大的只是差模信号。二、本课题简单小结三、布置课后练习课题二：集成运算放大器概述课型：理论教学目的：1、掌握集成运放的电路组成及符号2、集成运放的主要参数重点：集成运放的电路组成难点：集成运放的应用教学过程：Ⅰ、组织教学Ⅱ、理论内容一、相关知识（一）、集成运放的电路组成及符号1、组成框图集成运放组成电路通常包括输入级、中间级、输出级和偏置电路。（1）输入级：通常是具有较高输入电阻和一定放大倍数的差动放大器，利用它可以使集成运放获得尽可能高的共模抑制比。（2）中间级：中间级的作用是使集成运放具有较强的放大能力，通常由多级共射极放大器构成。（3）输出级：输出级的作用是为负载提供一定幅度的信号电压和信号电流，并具有一定的保护功能。输出级一般采用输出电阻很低的射极输出器或由射极输出组成的互补对称功放电路。（4）偏置电路：偏置电路是作用是为各级提供所需的稳定静态工作电流。2、电路符号集成运算放大器对外是一个整体，它的电路符号如上图所示。图中表示放大器，三角所指方向为信号的传输方向，“Auo”表示开环电压放大倍数。（二）、集成运放的封装和分类1、封装：塑料双列直插式、陶瓷扁平式、金属圆壳式多种。2、分类：按电路特性分类可分为通用型和专用型。（三）、集成运放的主要参数1、开环差模电压放大倍数（Auo）2、输入失调电压（Aio）3、输入失调电流（Iio）4、输入偏置电流（IiB）5、最大差模输入电压（Uidm）6、最大共模输入电压（Uicm）7、差模输入电阻（rid）8、开环输出电阻（r0）9、共模抑制比（CMRR）二、本课题简单小结三、布置课后练习课题三：集成运算放大器的基本电路课型：理论教学目的：1、掌握理想集成运放的电压传输特性2、了解比例集成运放电路的基本运算功能重点：理想集成运放的电压传输特性难点：比例集成运放电路的基本运算功能教学过程：Ⅰ、组织教学Ⅱ、理论内容一、相关知识（一）集成运放的理想化1、理想集成运放的基本概念（1）开环差模电压放大倍数Au0→∞。（2）差模输入电阻rid→∞。（3）开环输出电阻r0→0。（4）共模抑制比CMRR→∞。（5）没有失调现象，即当输入信号为零时，输出信号也为零。2、理想集成运放的电压传输特性传输特性及特点见下表传输区域传输特性工作特点线性区输出电压u0和输入电压ui是线性关系，即u0=Au0ui=Au0（up−uN）虚短：两个输入电压up=uN虚断：两个输入端的输入电流为零，即iN=iP=0非线性区输出电压u0只有两种可能，即+Uom和-Uom虚短特性不成立，即up≠uN当upuN时，u0=+Uom当upuN时，u0=-Uom虚断特性仍然成立，iN=iP=0。（二）、集成运算放大电路的两种基本电路1、反相比例运算放大器反相比例运算放大电路如上图所示，其特点是输入信号加在集成运放的反相输入端，Rf为反馈电阻，从输出端看，Rf接在了输出端，从输入端看，Rf接在输入端。所以Rf为电路引入了电压并联负反馈。R2为平衡电阻，R2=R1+RfR1Rf根据“虚断”i−=if。有uI−u−R1=u−−u0Rf经整理后，放大器的电压放大倍数为Auf=u0uI=-R1Rf−号表示u0与uI反相。上式整理的：u0=R1RfuI总上述,u0与uI成反比例关系。二、本课题简单小结三、布置课后练习