《電子應(yīng)用技術(shù)》授課計劃教案 7.項目3-3集成運算放大器、反相電路

PAGEPAGE6廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案首頁2022/2023學(xué)年第二學(xué)期順序號：（8）主講教師職稱教授系、部教學(xué)團隊智能制造學(xué)院電子教學(xué)團隊課程名稱電子應(yīng)用技術(shù)本教案授課學(xué)時2學(xué)時本次課標題項目名稱項目3擴音機電路的安裝與調(diào)試知識鏈接集成運算放大器簡介、同相輸入比例放大器、反相輸入比例放大器授課班級及時間機電22312023年4月7日機電22322023年4月7日教學(xué)目標能力目標1.能識別運算放大器的符號及引腳。2.會分析同相輸入比例放大器。3.會分析反相輸入比例放大器。知識目標1.熟悉運算放大器的符號、主要參數(shù)及理想特性。2.掌握集成運放的工作線性區(qū)和非線性區(qū)特性。3.掌握集成運放線性電路分析。素質(zhì)目標培養(yǎng)學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力。教學(xué)主要內(nèi)容運算放大器的符號、主要參數(shù)及理想特性2.反相輸入比例放大器教學(xué)重點、難點重點：集成運放的工作線性區(qū)特性難點：集成運放的工作非線性區(qū)特性作業(yè)P1214.19【新課導(dǎo)入】（師生互動5分鐘）前面所討論的各種電路，都是由各種單個元件（如晶體管、電阻和電容等）用導(dǎo)線連接而成，稱為分立元件電路。60年代初，出現(xiàn)了一種新的電子器件——集成電路。它是利用半導(dǎo)體工藝技術(shù)把整個電路的各個元件以及相互之間的連接線，同時制作在一塊半導(dǎo)體芯片上，成為管路一體，再封裝在塑料或陶瓷外殼內(nèi)。集成電路按其功能分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類。集成運算放大器（簡稱運放）是模擬集成電路眾多類型中的一種。它具有體積小，重量輕，可靠性高，造價低廉，使用靈活方便等優(yōu)點?！窘虒W(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計】一、集成運算放大器件簡介（教師講授40分鐘）運算放大器實際上是一種高增益的差分放大器，它是由直流放大電路和深度電壓負反饋網(wǎng)絡(luò)組成的，作為基本運算單元，能夠線性放大較大頻率范圍的交流電壓和直流電壓。早期的運放主要應(yīng)用于數(shù)學(xué)運算，故稱運算放大器。時至今日，其應(yīng)用已遠遠超出數(shù)學(xué)范圍，它能夠?qū)崿F(xiàn)多種多樣的線性和非線性應(yīng)用，并已成為一種通用性很強的基本單元。運放實質(zhì)上是一種電壓放大倍數(shù)高，輸入電阻大，輸出電阻很低的直接耦合多級放大電路。1．運算放大器的符號集成運算放大器的電路符號如圖所示，其中(a)圖為新國標的標法。(b)圖為老國標的標法,但現(xiàn)在仍在延續(xù)使用。它是一個多端器件。它有兩個輸入端，一個反相輸入端和一個同相輸入端，分別用“–”和“+”表示。有一個對地的輸出端，還有一對施加直流電壓的出線端，連接電壓源，以供運放內(nèi)部各元件所需的功率和傳送給輸出端負載的功率。有的運放可能還有調(diào)零和相位補償端口。2．運算放大器的主要參數(shù)及理想特性理想集成運算放大器的特性是盡善盡美的，如：增益無限大、通頻帶無限大、同相與反相之間以及兩輸入端與公共端到地之間的輸入電阻為無限大、輸出阻抗為零、輸入失調(diào)電壓為零、輸入失調(diào)電流為零、只放大差模信號，能完全抑制共模信號等。

實際被使用的集成運算放大器與理想集成運算放大器的特性有一定的差異,但它的發(fā)展方向正趨于理想集成運算放大器。它們的差異見表所示。特性理想集成運算放大器實際集成運算放大器輸入電阻∞Ω1OkΩ～1000MΩ通頻帶∞Hz10kHz～2MHz共模抑制比∞dB60～120dB電壓增益∞dB1000～1000000dB輸出電阻OΩ5OΩ～500Ω3．集成運放的種類集成運算放大器的類型很多，按特性分類有：通用型、高精度型、低功耗型、高速型、單電源型和低噪聲型等。按構(gòu)造分類有：雙極型、結(jié)型場效應(yīng)管輸入型、MOS場效應(yīng)管輸入型和CMOS型等。4．集成運放的線性區(qū)和非線性區(qū)表示輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系曲線稱為運算放大器的電壓傳輸特性曲線。運放的理想符號和電壓傳輸特性運放的理想符號和電壓傳輸特性從圖中可以看出，它有三個運行區(qū)：虛線段所在的區(qū)域為線性區(qū)，虛線段之外的區(qū)域為正、負飽和區(qū)，運算放大器處于飽和工作狀態(tài)時，輸出電壓為正、負電源電壓。對于一個具體的運算放大電路，它是工作于線性區(qū)還是飽和區(qū)，主要取決于運算放大器外接反饋的性質(zhì)。一般來說，只有在深度電壓負反饋作用下，才能使運算放大器工作于線性區(qū)。而在開環(huán)或正反饋工作時，通常處于非線性限幅狀態(tài)即工作在飽和區(qū)。運算放大器工作于線性區(qū)當運算放大器工作在線性區(qū)時，滿足的關(guān)系。因為→∞，ｕo為一有限值（小于正負電源電壓值），所以兩個輸入端輸入電壓ｕ＋和ｕ-－必然近似相等。這就是說同相端和反相端之間相當于短路，這種現(xiàn)象稱為“虛短”。又因為開環(huán)輸入電阻→∞，那么它的輸入端就相當于開路，這種現(xiàn)象稱為“虛斷”，所以，對于一個理想運算放大器來說，不管是同相輸入端還是反相輸入端，都可以看作不會有電流輸入。即：u＋＝u-i＋＝i－＝0這是分析和計算運算放大器的兩個重要依據(jù)。必須指出，只有當運算放大器工作于線性區(qū)時，才能使用。運算放大器工作于非線性區(qū)運算放大器在開環(huán)或正反饋工作時，通常處于非線性限幅狀態(tài)即工作在飽和區(qū)。根據(jù)輸入信號可以判斷是正飽和或負飽和。即：當ｕi>0，即ｕ＋>ｕ－時，ｕo＝＋ｕOM當ｕi<0，即ｕ＋<ｕ－時，ｕo＝－ｕOM[小結(jié)]運算放大器工作于線性區(qū)u＋＝u-i＋＝i－＝0運算放大器工作于非線性區(qū)當ｕi>0，即ｕ＋>ｕ－時，ｕo＝＋ｕOM當ｕi<0，即ｕ＋<ｕ－時，ｕo＝－ｕOM二、運算放大器的基本線性應(yīng)用電路（教師講授20分鐘）由于集成運算放大器的增益很高，一般使其工作在閉環(huán)狀態(tài)，即均需引入負反饋，并且容易滿足深度負反饋的條件。運算放大器接成負反饋放大器時，可分為同相輸入比例放大器和反相輸入比例放大器。它們是運算放大器最基本的線性應(yīng)用電路是組成各種應(yīng)用電路的基礎(chǔ)。同相輸入比例放大器同相放大器可以使輸出電壓與輸入電壓成一定的比例關(guān)系，且具有相同的極性。電路如圖1所示。輸入信號在同相端，反相端通過R1接地并通過RF與輸出端連接，它是電壓串聯(lián)負反饋放大電路。通常為了保證兩個輸入端對地電阻相等，即選R2=RF//R1。由理想運算放大器的條件得出的兩個結(jié)論，u+=u-，ii=0可知，流過R2的電流為零，即R2上沒有壓降，因此有u+=u-=ui，從圖中可以看到因i1=ii+if=if于是所以上式表明，同相比例放大器的輸出電壓與輸入電壓之比僅與兩個外接電阻R1和RF有關(guān)，與運算放大器本身的電壓增益無關(guān)。且輸出電壓與輸入電壓同相位，Af總是大于1或等于1，不會小于1。當或時，，即，這時輸出電壓與輸入電壓不僅幅值相等，而且相位相同，成為一個電壓跟隨器。如圖2所示。它是同相比例放大器的一個特例，和分立元件電路中的射極跟隨器具有相同的功能。故具有高輸入阻抗和低輸出阻抗特性，常用于輸入信號與其負載之間的緩沖隔離級。（二）反相輸入比例放大器反相輸入比例放大器接法如圖3所示。它的輸入信號電壓ui經(jīng)過外接電阻R1加到反相輸入端，而同相輸入端與地之間接一補償電阻R2。為使運算放大器的輸入端電阻對稱，所以R2應(yīng)等于反相輸入端各支路電阻并聯(lián)的阻值。用一電阻RF把輸出端和反相輸入端連接起來，它是該電路的反饋元件，由圖可知，它是一種并聯(lián)電壓負反饋放大電路。由圖可知，，即運算放大器的反相輸入端電位接近于地電位，有時稱此時的反相端為“虛地”?！疤摰亍辈⒎钦嬲拥?，不能把反相輸入端看成與地短路，否則信號無法加到放大器上。，即通過RF的電流近似等于R1的電流。而整理得所以上式表明，反相輸入比例放大器的輸出電壓與輸入電壓之比等于兩個外接電阻RF與R1之比，與運算放大器本身的電壓增益無關(guān)。改變RF、R1的阻值，即可改變放大器的放大倍數(shù)。當RF等于R1時，Af=1，該電路就成了反相器。式中的負號表示輸出電壓與輸入電壓呈反相關(guān)系。[小結(jié)、鞏固復(fù)習]（師生互動15分鐘）例1在圖4電路中，已知R1=100kΩ，RF=200kΩ，ui=1V