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(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+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。
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
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。
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(R1+Rf)/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
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
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