中職教育二年級上學期裝備制造大類《差動放大電路》教學設(shè)計

差動放大電路教學設(shè)計學校名稱：重慶市科能高級技工學校部門：智能工程系課題名稱項目四安裝調(diào)試音頻前置放大器任務(wù)一差動放大電路所屬課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教材版本《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》劉曉書王毅主編北京理工大學出版社教學對象機電類專業(yè)二年級學生學時2-4學時一、教學主要內(nèi)容（一）直接耦合放大器存在的問題與解決方法（二）認識差動放大電路（三）仿真檢測差動放大電路二、教學目標素質(zhì)目標1.養(yǎng)成安全的行為規(guī)范，注重人身安全和設(shè)備安全；2.注重職業(yè)責任心、職業(yè)情感、紀律意識的養(yǎng)成，逐步養(yǎng)成學生職業(yè)素養(yǎng)；3.培養(yǎng)學生相互協(xié)作的團隊意識，解決操作過程遇到的隨機問題。知識目標1.了解直接耦合放大電路存在的問題。2.理解差動放大器的電路組成與工作原理。3.了解差動放大電路的連接方式和實用的差動放大電路。技能目標1.能計算差動放大器的放大倍數(shù)。2.能仿真檢測差動放大電路。三、教學重難點（一）教學重點：理解差動放大器的電路組成與工作原理。（二）教學難點：理解差動放大器的電路組成與工作原理。四、教法與學法本著以“行動為導向，工學一體”的設(shè)計理念，采用“教學做一體”的教學形式。課堂采用行動導向六步法的項目教學法和仿真實驗法，學法才用了自主探究法、分組實驗法和任務(wù)驅(qū)動法。教法：行動導向法、仿真實驗法學法：自主探究法、分組實驗法、任務(wù)驅(qū)動法五、教學資源及手段本課程資料較完備，動畫，作業(yè)，測試等模塊均已實際運用；同時通過學習通進行課堂教學的應(yīng)用，及新教學資源的生成；引導學生使用Multisim14仿真軟件，進行電路仿真。大力推薦學生主動利用發(fā)達的網(wǎng)絡(luò)資源，獲取更多的優(yōu)質(zhì)信息，如技工教育網(wǎng)，微信公縱平臺等。設(shè)備工具：電腦、手機，Multisim14仿真軟件學習平臺：在一體化教室進行，老師使用多媒體講解，學生分組使用電腦進行仿真操作和實際操作六、課程思政振興民族工業(yè)，大力發(fā)展我國集成電路技術(shù)，科技興國。改善差動放大電路存在問題的方法肯定還有更好的，我們就是要有一股鉆研精神，要不斷探索科學奧秘，找到更多更好的解決方法。七、教學內(nèi)容用于放大變化緩慢的信號和直流信號的直接耦合放大電路存在兩個特殊的問題。如果不能妥善解決放大器不能正常工作。一、直接耦合放大器存在的問題（一）級間直流量的相互影響簡單的兩級直接耦合放大電路如圖4.1所示。它的靜態(tài)工作點互相影響的（Uce1=Ube2）。由于VT2管的發(fā)射結(jié)壓降Ube很小，讓VT1管的集電極電位很低而接近飽和區(qū)，使三極管不能正常工作。圖4.1簡單直接耦合放大電路（二）零點漂移問題當直接耦合放大器的輸入信號為零時，接通電源后，輸出電壓應(yīng)該保持不變，但是實際上隨著時間的推移，輸出電壓會作緩慢的、不規(guī)則的變化，如圖4.2所示。（a）直接耦合放大器示意圖（b）零點漂移問題示意圖圖4.2直接耦合放大器的零點漂移問題直接耦合放大電路在輸入信號為零時，輸出電壓偏移起始時值的現(xiàn)象稱為零點漂移，簡稱零漂。直接耦合放大電路前一級的零漂會被后一級放大器放大，放大器級數(shù)越多，零點漂移就會越嚴重。阻容耦合放大電路由于直流信號不能通過電容器傳遞，因此阻容耦合的零漂只限于本級內(nèi)，影響很小。二、級間電位調(diào)節(jié)電路為了保證直接耦合放大電路中的三極管能正常工作，常用的前后級間靜態(tài)電位的合理的配置方法有如下幾種：（一）用發(fā)射極電阻調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路用發(fā)射極電阻調(diào)節(jié)電位就是在VT2管的發(fā)射極串入了適當?shù)陌l(fā)射極電阻，使VT2管的發(fā)射極、基極電位提高，從而提高了VT1管的集電極電位，使它不易進入飽和區(qū)，這樣VT1和VT2管都可獲得合適的靜態(tài)工作點。它的缺點是VT2管發(fā)射極的電阻會引起電流負反饋，使放大器的放大倍數(shù)降低。發(fā)射極電阻調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路如圖4.3所示。圖4.3發(fā)射極電阻調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路（二）用二極管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路用二極管調(diào)節(jié)電位就是在VT2管的發(fā)射極串入了二極管，使VT2管的發(fā)射極、基極電位提高，從而提高了VT1管的集電極電位，使它不易進入飽和區(qū)，這樣VT1和VT2管都可獲得合適的靜態(tài)工作點。同時由于二極管的動態(tài)電阻很小，因此它對電流的負反饋作用很小，放大器的放大倍數(shù)不會降低。二極管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路如圖4.4所示。圖4.4二極管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路（三）用穩(wěn)壓管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路當需要的VT2管的基極電位較高時，在發(fā)射極串入幾只二極管就不合適，此時用穩(wěn)壓管就更合適，穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻也很小，同樣對電流的負反饋作用很小。穩(wěn)壓管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路如圖4.5所示：圖4.5穩(wěn)壓管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路（四）用NPN型三極管和PNP型三極管組成互補耦合放大電路因為NPN型三極管的集電極電位比基極電位高，而PNP型三極管的集電極電位比基極電位低，它們配合使用就可以使三極管的靜態(tài)工作點有合理的配置，能滿足放大的要求。用NPN型三極管和PNP型三極管組成互補耦合放大電路如圖4.6所示、、圖4.6NPN型三極管和PNP型三極管組成互補耦合放大電路三、差動放大電路為了克服零點漂移，實際生產(chǎn)中需要運用差動放大電路。（一）基本差動放大電路的組成將兩個電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的共發(fā)射極單管放大電路組合在一起,就構(gòu)成基本差動大電路，如圖4.7所示。輸入電壓分別加在兩管的基極,輸出電壓等于兩管的集電極電位之差。差動放大電路的主要特點是對稱，基本形式如圖4.7所示。圖4.7基本差動放大電路的組成（二）抑制零漂的原理在沒有輸入信號（把a、b兩點對地短路）時，因電路參數(shù)對稱，三極管特性相同，因此,如果環(huán)境溫度、電源電壓保持不變，它們的數(shù)值也不會改變，即，電路的輸出為零。當溫度或電源電壓發(fā)生變化時，由于電路是對稱的，因此兩個三極管的集電極電流變化量相等，即，因此兩個三極管的集電極電壓的變化量也相等，即，由此可知,,可見,在溫度或者電源電壓變化時,輸出電壓仍然為零,較好地抑制了零漂。差動放大電路利用三極管集電極電壓共同變化的特點，在一定程度上解決了零漂問題。（二）差動放大電路對信號的放大作用1.差模輸入和差模放大倍數(shù)大小相等而極性相反的兩個輸入信號稱為差模信號。在上圖中，三極管VT1、VT2的輸入信號就是差模信號。如果對于三極管VT1來說，輸入信號為正時，則增加，減?。淮藭r對于三極管VT2來說，輸入信號為負，減小，增加。可見兩個三極管的集電極電壓呈相反的方向變化，由于電路是對稱的，因此增加的量與減小的量是相等的，即，因此放大電路總的輸出電壓為?？梢娫诓钅Ｐ盘柕淖饔孟拢顒臃糯箅娐纺苡行У胤糯蟛钅Ｐ盘?。差動放大電路在差模輸入時的放大倍數(shù)稱為差模放大倍數(shù)，用符號表示。（4.1）設(shè)差模輸入時三極管VT1和VT2的單管放大倍數(shù)分別為，由于兩邊的電路對稱，因此：（4.2）因為：所以：（4.3）即：（4.4）利用以前學的知識可得：（4.5）差動放大電路的差模放大倍數(shù)等于差模輸入時每一個單管的放大倍數(shù)，其特點是利用一個放大管來換取對零漂的抑制。2.共模輸入和共模放大倍數(shù)大小相等且極性相同的兩個輸入信號稱為共模信號。共模輸入的差動放大電路如圖4.8所示：圖4.8共模輸入的差動放大電路在上圖中，加到三極管VT1、VT2基極上的輸入信號電壓就是共模信號。即：（4.6）差動放大電路在共模輸入時的放大倍數(shù)稱為共模放大倍數(shù)用符號表示。共模輸入時，兩個三極管的集電極電流與集電極電位的變化相同，因此三極管VT1、VT2的輸出電壓也是大小相等相位相同，顯然放大電路總的輸出電壓為零，即，因此，一個完全對稱的差動放大電路的共模放大倍數(shù)為零，即：（4.7）溫度、電源電壓對差動放大電路的影響就相當于輸入一對共模信號，差動放大電路對零漂的抑制就是抑制共模信號的一個特例。理想情況下，，因此輸出電壓沒有零漂。3.共模抑制比差動放大電路的差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比，稱為共模抑制比，用CMRR來表示，即：（4.8）共模抑制比的值越大，差動放大電路的性能越好。差動放大電路對共模信號沒有放大作用，放大的只是差動信號，即只有兩個輸入信號有差別時，放大器才輸出放大了的信號，即輸出端才有“動作”，這也是“差動”名稱的來歷。（四）實用的差動放大電路1.帶調(diào)零電位器的長尾式差動放大電路帶調(diào)零電位器的長尾式差動放大電路的電路如圖4.9所示。圖4.9帶調(diào)零電位器的長尾式差動放大電路的電路上圖中，可調(diào)電阻RP的作用是調(diào)零，通過調(diào)節(jié)RP使，這樣當輸入信號。上圖中，電阻RE的作用是引入共模負反饋，從而抑制零漂。其工作原理如下：電阻RE對差模信號沒有影響，因為當差模信號接到電路的輸入端時，一個三極管的電流增加，另一個三極管的電流減小，而且增加與減小的量相等，因此流過電阻RE的電流不變，即電阻RE對差模信號沒有影響。電阻RE的值越大，對共模信號的抑制作用越強，但是RE增加會使三極管的集電極與發(fā)射極之間的管壓降減小，三極管的動態(tài)范圍減小，因此要接入輔助電源。而且RE越大，輔助電源的值就越大，因此RE的值不宜過大。2.三極管恒流源的差動放大電路為了降低輔助電源的電壓,常常用三極管恒流源代替RE，這種電路稱為三極管恒流源差動放大電路,如圖4.10所示。圖4.10三極管恒流源的差動放大電路在上圖中，R3與R4串聯(lián)分壓固定三極管VT3的基極電位，當電路有共模信號輸入時，VT3的發(fā)射極電位隨著VT3管的集電極電流、發(fā)射極電流的改變而改變，電路利用VT3管的發(fā)射極電位的變化來使基極電流隨之變化，來使能保持不變化，不變化則、也不能變化，從而抑制了零漂。（五）差動放大電路的幾種連接方法（一）雙端輸入，雙端輸出雙端輸入，雙端輸出的電路圖如圖4.11所示，它的差模放大倍數(shù)與單管放大倍數(shù)是相同的，即。圖4.11雙端輸入，雙端輸出（二）雙端輸入，單端輸出雙端輸入，單端輸出差動放大器如圖4.12電路圖如下所示，由于這種電路只利用了一個三極管集電極電位的變化，另一個三極管的集電極電位變化沒有利用，因此其差模輸出電壓只有雙端輸出的一半，故其差模放大倍數(shù)。圖4.12雙端輸入，單端輸出差動放大器（三）單端輸入，雙端輸出單端輸入，雙端輸出差動放大器如圖4.13所示，它的作用是把單端信號轉(zhuǎn)換成雙端輸出，電路的工作狀態(tài)與雙端輸入時近似一致。因此放大電路的放大倍數(shù)跟雙端輸入、雙端輸出一樣，即。圖4.13單端輸入，雙端輸出差動放大器（四）單端輸入、單端輸出單端輸入、單端輸出差動放大器如圖4.14所示其電路圖如下，這種電路抑制零漂的能力很強，通過輸出端不同的接法（接V1或V2），可以得到與輸入信號反相或同