城市軌道交通電工電子技術(shù) 第2版 教案 項(xiàng)目七 集成運(yùn)算放大器

教師課時(shí)授課計(jì)劃教師所在部門(mén)：學(xué)期授課計(jì)劃的授課順序號(hào)：21授課日期授課班級(jí)課程名稱：電工電子技術(shù)本次課的章節(jié)標(biāo)題：7.1集成放大器概述本次授課目的與要求：1.掌握集成放大器的概念；2.掌握集成放大器的組成和參數(shù)；3.了解運(yùn)算放大電路的性能指標(biāo)和理想模型。新課教法選擇：講授法、多媒體教學(xué)新課難點(diǎn)、重點(diǎn)與解決措施：重點(diǎn)難點(diǎn):概念、參數(shù)、性能指標(biāo)；解決措施：演示。日?？己藢?duì)象與評(píng)價(jià)：復(fù)習(xí)舊課要點(diǎn)：（2分鐘）多級(jí)放大電路的原理。新課引入要點(diǎn)：（3分鐘）集成電路概念。鞏固新課要點(diǎn)：（6分鐘）集成電路的概念；運(yùn)算放大電路的組成與符號(hào)及性能指標(biāo)。課外作業(yè)（或復(fù)習(xí)題）習(xí)題本課小結(jié)與改進(jìn)措施任課教師：教研室主任審閱：年月日年月日7.1集成放大器概述一、集成運(yùn)算放大器組成和主要參數(shù)目前集成運(yùn)放的放大倍數(shù)可高達(dá)QUOTE107QUOTE目前集成運(yùn)放的放大倍數(shù)可高達(dá)QUOTE107QUOTE集成運(yùn)放工作在放大區(qū)時(shí)，其輸入和輸出呈線性關(guān)系，所以又稱為線性集成電路。集成運(yùn)算放大器的基本組成近年來(lái)，集成運(yùn)放得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種不同類(lèi)型和不同結(jié)構(gòu)的集成運(yùn)放，其基本結(jié)構(gòu)是相同的。集成運(yùn)放的電路可分為輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路四個(gè)基本組成部分，如圖7-1所示。1）輸入級(jí)輸入級(jí)是提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分，要求其輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制共模干擾信號(hào)，因此，輸入級(jí)都采用具有恒流源的差動(dòng)放大電路。它具有同相和反相兩個(gè)輸入端。圖7-1典型集成運(yùn)放的原理框圖2）中間級(jí)集成運(yùn)放的總增益主要由中間級(jí)提供，要求中間級(jí)有較高的電壓放大倍數(shù)，因此，中間級(jí)一般采用帶有恒流源負(fù)載的共射放大電路，其放大倍數(shù)可達(dá)幾千倍以上。3）輸出級(jí)輸出級(jí)與負(fù)載相接，要求其輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，能輸出足夠大的電壓和電流，因此，輸出級(jí)一般采用互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器。4）偏置電路偏置電路為上述各級(jí)電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，各種恒流源電路組成。此外，集成運(yùn)放還有一些輔助電路，如電平偏移電路、過(guò)流保護(hù)電路等。二、集成運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)集成運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)是評(píng)價(jià)其性能優(yōu)劣的主要標(biāo)志，也是選用集成運(yùn)放的主要依據(jù)。因此，必須熟悉這些性能指標(biāo)的含義和數(shù)值范圍。1．最大差模輸入電壓2．最大共模輸入電壓3．開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud4．輸入失調(diào)電壓Uos5．輸入失調(diào)電流Ios6．輸入偏置電流IB7．共模抑制比KCMRR8．差模輸入電阻rid9．輸出電阻rO三、集成運(yùn)算放大器的理想模型理想集成運(yùn)放是指將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，以便于在分析估算應(yīng)用電路的過(guò)程中，抓住事物本質(zhì)，忽略次要因素，簡(jiǎn)化分析過(guò)程。理想化的條件主要有：開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)→∞；差模輸入電阻；開(kāi)環(huán)輸出電阻QUOTEro=0QUOTE=0；共模抑制比QUOTEKCMR=∞QUOTE=∞；輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流及它們的溫漂均為零；帶寬足夠大。由于實(shí)際集成運(yùn)放的上述技術(shù)指標(biāo)接近理想化的條件，因此，在分析時(shí)用理想集成運(yùn)放代替實(shí)際集成運(yùn)放所引起的誤差并不嚴(yán)重，在工程上是允許的，這就大大簡(jiǎn)化了分析過(guò)程。在以后章節(jié)中，若無(wú)特別說(shuō)明，均將集成運(yùn)放作為理想集成運(yùn)放來(lái)考慮。河北軌道運(yùn)輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師課時(shí)授課計(jì)劃教師所在部門(mén)：學(xué)期授課計(jì)劃的授課順序號(hào)：22授課日期授課班級(jí)課程名稱：電工電子技術(shù)本次課的章節(jié)標(biāo)題：7.2放大電路負(fù)反饋本次授課目的與要求：1.了解正反饋、負(fù)反饋、電壓反饋、電流反饋等相關(guān)概念；2.掌握反饋的判別方法；3.分析負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。新課教法選擇：講授法、多媒體教學(xué)新課難點(diǎn)、重點(diǎn)與解決措施：重點(diǎn)難點(diǎn):反饋的判別方法；解決措施：舉例分析。日?？己藢?duì)象與評(píng)價(jià)：復(fù)習(xí)舊課要點(diǎn)：（2分鐘）集成放大電路的組成。新課引入要點(diǎn)：（3分鐘）集成電路概念。鞏固新課要點(diǎn)：（6分鐘）各種反饋的相關(guān)概念；反饋的判別方法與分析。課外作業(yè)（或復(fù)習(xí)題）習(xí)題本課小結(jié)與改進(jìn)措施任課教師：教研室主任審閱：年月日年月日7.2放大電路負(fù)反饋一、負(fù)反饋的基本概念1.什么是負(fù)反饋將放大電路（或電路系統(tǒng)）輸出端信號(hào)（電壓或電流）的一部分（或全部）通過(guò)某種電路（該電路稱為反饋電路）引回至輸入端，稱為反饋。引入反饋的放大電路稱為閉環(huán)放大電路，如圖7-5（a）所示。（a）開(kāi)環(huán)方塊圖（b）閉環(huán)方塊圖 圖7-5開(kāi)環(huán)和閉環(huán)放大電路方塊圖 2.正反饋和負(fù)反饋引回的反饋信號(hào)使放大電路的凈輸入信號(hào)減弱，稱之為負(fù)反饋，如圖7-6所示。反之，使凈輸入信號(hào)增強(qiáng)，稱之為正反饋，如圖7-7所示。為提高放大電路的穩(wěn)定性，都采用負(fù)反饋。帶有負(fù)反饋的放大電路有兩部分：一個(gè)是無(wú)反饋的放大電路A（單級(jí)或多級(jí)）；另一個(gè)是反饋電路F（由電阻、電容元件組成，也可以是一個(gè)電路），F(xiàn)把輸出電路和輸入電路聯(lián)系起來(lái)，對(duì)放大電路的影響非常大。圖7-6負(fù)反饋圖7-7正反饋圖7-6中，XD=XI－XF；圖7-7中，XD=XI+XF。3.電壓反饋和電流反饋 在放大電路的輸出端，有兩個(gè)物理量可供反饋：輸出電壓和輸出電流。電壓反饋：反饋信號(hào)XF取自u(píng)o并與之成正比。電流反饋：反饋信號(hào)XF取自io并與之成正比。4.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋在放大電路的輸入端，輸入電路和反饋電路可以有兩種連接方式：串聯(lián)和并聯(lián)。串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)XF電路與輸入信號(hào)XI電路是以串聯(lián)形式產(chǎn)生凈輸入信號(hào)XD的，列電壓方程（KVL），即uI=uD+uF并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)XF電路與輸入信號(hào)XI電路是以并聯(lián)形式產(chǎn)生凈輸入信號(hào)XD的，列電流方程（KCL），即iI=iD+iF由以上可以看出，放大電路由四種類(lèi)型：電壓串聯(lián)負(fù)反饋，電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電流串聯(lián)負(fù)反饋，電流并聯(lián)負(fù)反饋。二、反饋的判別1.有無(wú)反饋的判別在圖7-9（a）、（b）和（c）所示電路中，第一個(gè)電路只有信號(hào)的正向傳遞，沒(méi)有反向的回饋，所以是無(wú)反饋電路。第二個(gè)電路有信號(hào)的正向傳遞，還有信號(hào)的回饋（通過(guò)RF），在運(yùn)放的輸入端與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，為有反饋的電路。第三個(gè)電路有信號(hào)的正向傳遞，反饋電阻RF的左端接地，反饋回來(lái)的信號(hào)為零，為無(wú)反饋電路。（a）無(wú)反饋（b）有反饋（c）無(wú)反饋圖7-9是否有反饋電路2.反饋類(lèi)型的判別反饋類(lèi)型的判別包括三個(gè)內(nèi)容：（1）正反饋和負(fù)反饋的判別；（2）電壓反饋和電流反饋的判別；（3）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判別。三、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響三、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響1.降低了放大倍數(shù)2.提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性3.減小非線性失真4.改變輸入、輸出電阻河北軌道運(yùn)輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師課時(shí)授課計(jì)劃教師所在部門(mén)：學(xué)期授課計(jì)劃的授課順序號(hào)：23授課日期授課班級(jí)課程名稱：電工電子技術(shù)本次課的章節(jié)標(biāo)題：7.3集成運(yùn)算放大電路的線性應(yīng)用本次授課目的與要求：1.掌握比例運(yùn)算放大電路的計(jì)算；2.掌握加法、減法、積分、微分電路的結(jié)構(gòu)和計(jì)算。新課教法選擇：講授法、多媒體教學(xué)新課難點(diǎn)、重點(diǎn)與解決措施：重點(diǎn):比例運(yùn)算放大器的特點(diǎn)；難點(diǎn)：應(yīng)用運(yùn)放在線性區(qū)的兩條重要結(jié)論，推導(dǎo)運(yùn)算關(guān)系；解決措施：演示。日?？己藢?duì)象與評(píng)價(jià)：復(fù)習(xí)舊課要點(diǎn)：（2分鐘）反饋的定義和判別。新課引入要點(diǎn)：（3分鐘）理想運(yùn)放工作在線性區(qū)兩個(gè)重要結(jié)論。鞏固新課要點(diǎn)：（6分鐘）集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路。課外作業(yè)（或復(fù)習(xí)題）習(xí)題本課小結(jié)與改進(jìn)措施任課教師：教研室主任審閱：年月日年月日7.3集成運(yùn)算放大電路的線性應(yīng)用一、比例運(yùn)算放大電路比例運(yùn)算電路有同相輸入比例運(yùn)算電路和反相輸人比例運(yùn)算電路兩種，下面分別介兩種運(yùn)算電路的組成和工作原理。1.反相比例運(yùn)算電路輸入信號(hào)從反相輸入端輸入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反，這樣的集成運(yùn)放電路為反相比例運(yùn)算電路。如圖7-12所示，同相輸入端通過(guò)電阻R2接地，輸入信號(hào)ui經(jīng)電阻R1送到反相輸入端，反饋電阻Rf跨接在輸出端和反相輸入端之間。圖7-12反相比例運(yùn)算電路2.同相比例運(yùn)算電路如果輸入信號(hào)從同相輸入端引入，集應(yīng)運(yùn)放電路就成了同相比例運(yùn)算電路，如圖7-13所示。圖7-13同相比例運(yùn)算電路二、加法運(yùn)算電路在反相比例運(yùn)算電路的基礎(chǔ)上增加幾個(gè)輸入支路，便可構(gòu)成反相加法運(yùn)算電路，又稱為反相加法器。在同相比例運(yùn)算電路的基礎(chǔ)上增加幾個(gè)輸入支路，便可構(gòu)成同相加法運(yùn)算電路，又稱為同相加法器。反向加法運(yùn)算電路同相加法運(yùn)算電路同相加法運(yùn)算電路的多個(gè)輸入信號(hào)均作用于集成運(yùn)放的同向輸入端，如圖7-17所示。圖7-17同相比例加法運(yùn)算器三、減法運(yùn)算電路如圖7-18所示為用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電壓ui1和ui2相減的減法運(yùn)算電路，其兩個(gè)輸入端都有信號(hào)輸入，實(shí)際為差動(dòng)放大電路。圖7-18減法運(yùn)算電路四、積分運(yùn)算電路在反相比例運(yùn)算電路中，用電容CfQUOTECfQUOTE代替電阻Rf就構(gòu)成了積分運(yùn)算電路，如圖7-19所示。圖7-19積分運(yùn)算電路五.微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算，只需將積分電路中輸入端的電阻和反饋電容互換位置就可構(gòu)成微分運(yùn)算電路，如圖7-20所示。圖7-20微分運(yùn)算電路河北軌道運(yùn)輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師課時(shí)授課計(jì)劃教師所在部門(mén)：學(xué)期授課計(jì)劃的授課順序號(hào)：24授課日期授課班級(jí)課程名稱：電工電子技術(shù)本次課的章節(jié)標(biāo)題：7.4集成運(yùn)算放大電路的非線性應(yīng)用本次授課目的與要求：1.掌握過(guò)零比較器的原理特性及計(jì)算；2.掌握滯回比較器的電路結(jié)構(gòu)及運(yùn)算關(guān)系。新課教法選擇：講授法、多媒體教學(xué)新課難點(diǎn)、重點(diǎn)與解決措施：重點(diǎn):過(guò)零比較器的原理特性；難點(diǎn)：過(guò)零比較器的計(jì)算；解決措施：演示推導(dǎo)。日?？己藢?duì)象與評(píng)價(jià)：復(fù)習(xí)舊課要點(diǎn)：（2分鐘）集成運(yùn)算放大器的比例電路計(jì)算。新課引入要點(diǎn)：（3分鐘）虛短和虛斷在非線性應(yīng)用中的特點(diǎn)。鞏固新課要點(diǎn)：（6分鐘）過(guò)零比較器和滯回比較器的基本運(yùn)算電路。課外作業(yè)（或復(fù)習(xí)題）習(xí)題本課小結(jié)與改進(jìn)措施任課教師：教研室主任審閱：年月日年月日7.4集成運(yùn)算放大電路的非線性應(yīng)用集成運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)或引入正反饋時(shí)，其輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系是非線的。分析集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用時(shí)，虛短和虛斷不再適用。集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用也十分廣泛，本節(jié)只介紹其在電壓比較器中的應(yīng)用。電壓比較器是指將一個(gè)模擬量電壓信號(hào)和一個(gè)參考電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平的電路。一、過(guò)零比較器過(guò)零比較器是參考電壓為零的比較器，如圖7-22(a)所示，其同相輸入端接地，輸入信號(hào)從反相端接入。當(dāng)QUOTE時(shí)，QUOTE。；當(dāng)QUOTE時(shí)，QUOTE。其電壓傳輸特性如圖7-22(b)所示。電壓比較器輸出電平發(fā)生躍變時(shí)的輸入電壓稱為門(mén)限電壓或閥值電壓，用UTH表示。當(dāng)輸入電壓為正弦波電壓時(shí)，輸出電壓為矩形波電壓，如圖7-22(c)所示。圖7-22過(guò)零比較器有時(shí)為了將輸出電壓限制在某一特定值，以與接在輸出端的數(shù)字電路電平配合在比較器的輸出端與“地”之間跨接一個(gè)