集成运算放大器教案

81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。82（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uo0t+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV83一).结构:对称性结构即：β1＝β2＝βUBE1=UBE2=UBErbe1=rbe2=rbeRC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb1.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(ui1+ui2)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+Aucuic4.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＝02、抑制零漂的原理当ui1=ui2=0时，UC1=UC2Uo=UC1-UC2=0+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV842i1iOduuuuAbeid2rRRbco2RR0ucA当温度变化时：设Tic1,ic2uc1,uc2uo=uc1-uc2=03.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P1125－1、5－2、5－31iO1uubeLcd)2//(rRRRAbu85第二节OCL电路与OTL电路教学目的：1、掌握OCL电路与OTL电路的结构及工作原理。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+Vcc-VccuiuoRLV1V286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=0V2、动态工作情况分析输入信号正半周，Ui0，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，ui0,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。+Vcc-VccuiuoRLV1V2ic1ic2交越失真87三、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。uo-LR2RD12R1＋VCCDVCCV1V2ui88四)、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+VccuiuoRLV1V2CA891、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，Ui0，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，ui0,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C1C190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）输出功率及效率四）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。CCP21VUCCC21VULCCLooRVRUP8)2(22maxmax%5.78max91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及符号。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及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92二、集成运放的主要参数1、开环差模电压放大倍数Avo2、输入失调电压VIO3、输入失调电流IIO4、共模抑制比KCMR5、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＝UN2、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及符号。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P1125－4、5－5、5－693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及计算。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。94二、同相比例运算放大器一）、电路结构Rp∞－+Δ+uouiRFR1i1if闭环电压放大倍数为：1FoRRuuAiuf当1FRR时，iuuo，即1ufA，该电路就成了反相器。图中电阻Rp称为平衡电阻，通常取F1p//RRR，以保证其输入端的电阻平衡，从而提高差动电路的对称性。95同反相输入比例运算电路一样，为了提高差动电路的对称性，平衡电阻F1p//RRR。闭环电压放大倍数为：1Fo1RRuuAiuf可见同相比例运算电路的闭环电压放大倍数必定大于或等于1。当0fR或1R时，iuuo，即1ufA，这时输出电压跟随输入电压作相同的变化，称为电压跟随器。ui∞－+Δ+uo96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/R13、同相比例运算放大器的闭环放大倍数：Avf=VO/Vi=I1(R1+Rf)/R1I1=1+Rf/R1作业：《电子技术基础》教材P1125－997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及计算。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及计算。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i2ui2Rp∞－+Δ+uoui1RFifR1i1R2根据运放工作在线性区的两条分析依据可知：21fiii111Ruii，222Ruii，FofRui由此可得：)(22F11FoiiuRRuRRu若F21RRR，则：)(21oiiuuu可见输出电压与两个输入电压之间是一种反相输入加法运算关系。这一运算关系可推广到有更多个信号输入的情况。平衡电阻F21p////RRRR。9899Rp2RP1∞－+Δ+uoui1RF∞－+Δ+uo1RRR1R2ui2例例：：求求图图示示电电路路中中uuoo与与uuii11、、uuii22的的关关系系。。解解：电路由第一级的反相器和第二级的加法运算电路级联而成。11F22Fo12F11Fo2o1)(iiiiuRRuRRuRRuRRuuu100三、运放的使用注意事项1、输入端保护1012、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