情境10 集成器件的识别与检测.docx
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情境10集成器件的识别与检测
辽宁装备制造职业技术学院
课时授课计划
06机电专业电工与电子技术学科序号
课题
情境10集成器件的识别与检测
班级
周
星期
月、日
课节
06机电
2
教学方法
讲授
教具准备
教学目的
1.掌握集成运算放大器主要性能指标的测试方法;
2.掌握运算放大器的正确使用方法。
教学难重点
重点:
差分放大电路,差模输入、共模输入和共模抑制比
教学过程设计
一、组织教学:
掌握学生的出勤情况。
二、引入项目
识别与检测集成器件,提出问题,布置任务。
三、具体实施
通过实际电路的测量,加深对集成运算放大器主要参数的理解及实际运放与理想运放的差异;
学生两人一组对实训电路进行实测。
四、项目检查
学生分组检查完成工作任务情况,共同分析问题、解释结果。
遇到无法解决的问题时请求老师帮助解决。
五、分析评价
小组向教师演示调试过程,教师进行评价并提出改进意见,师生展开讨论。
小结本节主要内容并了解学生学习情况,给预指导。
布置课后思考题
课后体会
8-1集成运放的输入级----差分放大电路
集成运算放大器通常是由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。
(1)输入级:
由差分式放大电路组成,特点是输入电阻大、零点漂移小。
(2)中间级:
由若干级共射电压放大电路组成,特点是提供足够大的电压放大倍数。
(3)输出级:
由互补对称功率放大电路组成。
特点是向负载提供足够大的功率,输出电阻小,带载能力强。
(4)偏置电路:
提供合适的静态工作点。
一、基本差分放大电路的组成和抑制零点漂移的原理
(一)基本差分放大电路的组成
特点:
电路、晶体管及电阻对称。
双端输出:
输入信号分别在两管的基极与地之间加入放大电路。
输出信号从两管的集电极之间取出。
(二)抑制零点漂移的原理
两种措施:
1、依靠电路的对称性。
由于电路对称,所以两者的静态工作点相同,当出现温度变化等原因时,零点漂移的变化量及方向都是相同的,采用双端输出会抵消。
2、发射极公共电阻的负反馈作用。
依靠发射极公共电阻引入负反馈作用,牵制了变化量,大致保持了恒定,静态工作点基本不变,抑制了零点漂移。
二、差模输入、共模输入和共模抑制比
(一)差模输入和差模电压放大倍数
差模信号:
两个大小相等、极性相反的电信号。
差模放大倍数Ad:
Ad=UO/Ui
Ad=Ad1=Ad2
结论:
差动放大电路可以有效的放大差模信号。
(二)共模输入和共模电压放大倍数
共模信号:
两个大小相等、极性相同的电信号。
共模电压放大倍数:
输出电压与输入共模电压之比。
理想情况下,共模电压放大倍数为零。
(三)
共模抑制比KCMR
也可用对数表示
共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指标。
共模抑制比越大,差分放大电路的性能越好。
理想的集成运算放大器共模抑制比可达10,000,000。
反映对差模信号的放大作用和对共模信号的抑制作用。
差动:
只有输入信号有“差别”时,才能进行放大,输出端才有“动作”输出放大了的信号。
三、差分放大电路的输入方式和输出方式
(一)双端输入、双端输出:
抑制零漂效果好,但输入输出都不能接地。
(二)双端输入、单端输出:
输出端负载接地,但没有利用电路对称性。
(三)单端输入、双端输出:
抑制零漂效果好,但输出端不能接地。
(最好的方式)
(四)单端输入、单端输出:
都可接地,但没有利用对称性。
8-2集成运放的性能指标和理想运算放大器
一、集成运放的性能指标
性能指标用一些参数表示,为了正确选择和合理使用集成运放。
(一)Aod—开环差模电压放大倍数
表明运放放大能力,Aod越大越好,常用分贝表示。
(二)rid—差模输入电阻
rid越大,取用的电流越小。
Rid越大越好。
(三)rO—输出电阻
rO越小,带负载的能力越强。
RO越小越好。
(四)共模抑制比KCMR
表明运放抑制共模信号能力的,KCMR
越大越好。
二、理想运算放大器
(一)理想运放的主要性能指标
开环差模电压放大倍数Aod→∞
差模输入电阻rid→∞
输出电阻rO=0
共模抑制比KCMR→∞
(二)理想运放的电压传输特性
电压传输特性:
运算放大器输出电压和输入电压之间的关系。
用曲线表示,对应两种工作状态,线性工作区和非线性工作区。
1、线性工作区
(1)虚短:
运放的两个输入端如同被短路一样(实际上并未真正短路)。
理想运放在线性工作,同相输入端与反相输入端对地的电位近似相等,电位差为零。
(2)虚断:
同相输入端和反相输入端如同断开一样(实际上并未真正断开)。
理想运放流入两个输入端的电流近似为零。
2、非线性工作区
特点:
“虚短”现象不再存在,“虚断”仍然存在。
8-3放大电路中的负反馈
一、反馈的基本概念
反馈:
把放大电路输出信号的一部分或全部,通过某种电路(反馈电路)反送回输入端,即为反馈。
由输出端送回输入端的信号称为反馈信号。
正反馈:
如果反馈信号与外加输入信号叠加求和后,使净输入信号增强,从而使放大倍数增大。
负反馈:
若反馈信号削弱了外加输入信号,使净输入信号减小,从而使放大倍数减小。
二、反馈极性的判别——瞬时极性法
首先假定某一瞬间,放大电路输入信号的极性是正(正半周或输入信号增大)或者负(负半周或输入信号减小),然后依信号的正向传输方向逐级判断放大电路各点瞬时极性的正、负,确定输出信号的极性。
最后判断通过反馈电路引回输入端反馈信号的极性,比较反馈信号是加强还是削弱外加输入信号,从而确定反馈极性是负反馈还是正反馈。
三、负反馈的四种组态
(一)电压反馈与电流反馈
按照反馈电路在输出端对输出信号采样的不同。
电压反馈:
反馈信号与输出电压成正比。
电流反馈:
反馈信号与输出电流成正比。
判断是电压反馈还是电流反馈时,常用“输出短路法”,即假设负载短路(RL=0),使输出电压uo=0,看反馈信号是否还反馈信号还存在。
若存在,则说明反馈信号与输出电压成比例,是电压反馈;若反馈信号不存在了,则说明反馈信号不是与输出电压成比例,而是和输出电流成比例,是电流反馈。
电压负反馈能稳定输出电压,使放大电路的输出电阻减小。
电流负反馈能够稳定输出电流,使放大电路的输出电阻增大。
(三)串联反馈与并联反馈
串联反馈:
在串联反馈中,反馈信号和输入信号是在输入端以电压方式求和的。
并联反馈:
在并联反馈中,反馈信号和输入信号是在输入端以电流方式求和的。
串联负反馈可以增大放大电路的输入电阻,并联负反馈减小放大的输入电阻。
综上所述,负反馈放大电路共有四种组态:
电压串联负反馈;电压并联负反馈;电流串联负反馈;电流并联负反馈。
8-4集成在信号运算方面的应用
集成运放在信号运算方面的应用是运算放大器的线性应用,在电路中引入负反馈电路,就能够完成不同的运算功能,如比例运算、加法、减法、积分、微分和乘、除法运算等。
一、比例运算电路
(一)反相输入比例运算电路
同相输入端经电阻
接地,输入信号
经过电阻
加入运放的反相输入端。
电路具有“虚短”和“虚断”的特点,在反相输入运放电路中的具体表现就是“虚地”。
该反相输入运放电路具有比例运算功能,且输入输出电压相位相反。
当
时,电压放大倍数
该运放电路是一个反相器。
(二)同相输入比例运放电路
同相输入端和反相输入端对地的电压相等,且都等于外加输入信号电压
.
该同相输入运放电路具有比例运算功能,且输入输出电压相位相同。
当
时,电压放大倍数
该运放电路是一个电压跟随器。
二、加法运算电路
适当选取电阻的阻值,输出电压即为所有输入信号之和,完成加法运算功能。
三、减法运算电路
由叠加定理:
uI1单独作用时为反相输入比例运算电路,其输出电压为:
uI2单独作用时为同相输入比例运算,其输出电压为:
uI1和uI2共同作用时,输出电压为:
若
,且
,则:
若
,则:
由此可见,输出电压与两个输入电压之差成正比,实现了减法运算。
四、积分运算电路
积分运算电路的输出电压与输入电压之间应该符合积分运算关系。
集成运放的负反馈电路中不仅包含电阻元件,还考虑外接电容元件。
如果电容器有初始电压
,则输出电压为
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