第一节集成运算放大器

学科模拟电子班级12秋机电日期授课教师课题集成运算放大器课时数课型新授教学目标1．了解差分放大器的电路特点、工作原理。2．了解集成电路的分类、特点和集成运放主要参数。3．掌握集成运算放大器的理想化特性。4．掌握集成运算放大器的基本运算电路和工作原理。5．了解集成运算放大器的应用知识。教学重点难点1．差分放大器抑制共模信号的过程。2．利用理想化特性分析运算放大器。教具教学过程内容、步骤、方法附记一、知识总述在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路（IntegratedCircuits，简称IC）。它的体积小，而性能却很好。自1959年世界上出现第一块集成电路至今，经过五十年时间的发展，它已深入到一切产业的每种产品中。在导弹、卫星、战车、舰船、飞机等军事装备中；在数控机床、仪器仪表等工业设备中；在通信和计算机中；在音响、电视、录象、洗衣机、电冰箱等家用电器中都采用了集成电路。二、集成运算放大器的组成和电路符号集成运放的内部电路通常由偏置电路、输入级、中间级和输出级组成。输入极是集成运放性能指标好坏的关键，常采用差分放大电路来减小温度漂移，并提供运放的同相输入端和反相输入端。中间级主要用来放大，常采用带有源负载的共发射极放大电路来提高电压增益。输出极用来提高输出电压和电流的幅度，要求输出功率和带负载能力强。常用PNP和NPN管构成的互补对称共集电极放大电路，又称OCL功率放大电路。并设有过载保护措施。三、集成运放组成框图四、集成运算放大器的组成和电路符号运算放大器电路符号1、反相输入端，用符号“–”表示。由此输入的信号，输出与输入信号反相；2、同相输入端，用符号“+”表示。由此输入的信号，输出与输入信号同相；3、表示放大器，三角形所指方向为信号的传输方向。4、无穷大符号代表放大倍数无穷大注意：大多数集成运放需要两个直流电源：正电源+VCC和负电源–VCC、教学过程内容、步骤、方法附记集成运算放大器的外形和符号集成运算的封装有塑料双列直插式、单列直插式、陶瓷扁平式、金属元壳式等。集成运算放大器的放大倍数和参数一、两种放大倍数1．开环放大倍数AVO开环放大倍数AVO：无反馈时集成运放的放大倍数。如图5.2.5所示。IoABoOvvvvvAV2．闭环放大倍数AVF闭环放大倍数AVF：有反馈时集成运放的放大倍数称为闭环放大倍数。其数值根据具体电路的反馈情况来计算。二、主要参数1．输入失调电压VIO输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电压。一般为毫伏级。它表征电路输入部分不对称的程度，VIO越小，运放性能越好。2．输入失调电流IIO输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电流。其值为两个输入端静态基极电流之差。3．输入偏置电流IIB输入电压为零时，两个输入端静态基极电流的平均值。一般为微安数量级，IIB越小越好。4．开环电压放大倍数AVO图5.1.1集成运放的开环放大倍数电路开环情况下，输出电压与输入差模电压之比。AVO越大，集成运放运算精度越高。一般中增益运放的AVO可达105倍。5．开环输入阻抗ri指电路开环情况下，差模输入电压与输入电流之比。ri越大，运放性能越好。一般在几百千欧至几兆欧。6．开环输出阻抗ro电路开环情况下，输出电压与输出电流之比。ro越小，运放性能越好。一般在几百欧左右。7．共模抑制比KCMR电路开环情况下，差模放大倍数AVD与共模放大倍数AVC之比。KCMR越大，运放性能越好。一般在80dB以上。8．输出电压峰峰值VOPP放大器在空载情况下，最大不失真电压的峰-峰值。9．静态功耗PD电路输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。10．开环带宽BW开环电压放大倍数随信号频率升高而下降3dB所对应的带宽。以上参数可根据集成运放的型号，从产品说明书等有关资料中查阅。三、集成运放产品分类简介1．通用型通用型集成运放的特点是：最大差模输入电压和最大共模输入电压大；输出有短路保护功能；电源电压适用范围宽；不需外接补偿电容。如性能较好的CF741等。2．特殊型特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：(1)高输入阻抗型差模输入电阻不小于109。(2)高精度型VIO/T小于2V/C。(3)宽带型增益带宽大。(4)低功耗型当电源电压15V时，最大功耗不大于6mW。(5)高速型转换速率大于30V/s。(6)高压型输出电压较高。五、反相输入比例运算电路图5.1.2所示的电路，是电压并联负反馈放大电路。根据运放“理想特性”，ir，OVA，而vO又是有限值，则00OOAIVAvvi，所以f1ii故反相输入比例运放的闭环放大倍数为输出电压为i1fOvRRv图5.1.2反相比例放大电路结论，反相输入比例运算电路的闭环放大倍数FVA只取决于fR与1R之比，与开环放大倍数OVA无关；输出电压与输入电压成反相比例关系。由于vA0，即A端的电位接近于零电位，但实际并没有接地，所以通常把A端称为“虚地”。六、同相输入比例运算电路图5.1.3所示的电路，是电压串联负反馈放大电路。根据运放“理想特性”ir，DVA，而vO又为有限值。得0DOABVAvvv，0Ii因此，输入电压为BvAv其中Of11AvRRRv故同相输入比例运放的闭环放大倍数为1f1f1AOIOD1RRRRRvvvvAV教内容、步骤、方法附记学过程教学过程内容、步骤、方法附记输出电压I1fO1vRRv从以上分析可以得出结论：同相输入比例运算电路的放大倍数与OVA无关，只取决于fR与1R的比值；输出电压与输入电压同相且成比例关系。七、集成运算放大器的理想特性集成运放的理想特性为：1．输入信号为零时，输出端应恒定为零；2．输入阻抗ri；3．输出阻抗ro0；4．频带宽度BW应从0；5．开环电压放大倍数ΑVO。作业内容1、集成运算的组成。2、集成运算的传输特性及特点3、两种集成运算放大电路的特点教学后记通过这节课的学习使学生们了解放大器的组成，知道放大器在我们现实生活中的应用，培养我们热爱学习，热爱科技的生活态度。图5.1.3同相比例运算放大电路