将比例(P)、积分(I)和微分

1、课题第一节集成运放及其理想特性第二节反馈放大器课型新课授课班级授课时数2教学目标1了解集成运放的电路组成和图形符号。2掌握集成运放的性能指标和理想特性。3掌握反馈的基本概念及反馈性质的判别，了解反馈的类型。4了解负反馈对放大器性能的影响。教学重点1集成运放的性能指标和理想特性。2反馈的概念及反馈性质的判别方法。教学难点反馈类型的判别。学情分析教学效果教后记新课A引入集成运算放大器是一种高输入阻抗、低输出阻抗、高电压增益的直接耦合放大器。它不仅能放大交流信号，而且还能放大频率接近于零的缓慢变化信号，或极性固定不变的直流变化量，这是阻容耦合和变压器耦合放大器力所不及的。B新授课第一节集成运放及其理

2、想特性一、集成运放的电路组成1 输入级输入级是接受微弱电信号、抑制零漂的关键一级，决定整个电路性能指标的优劣。输入级均采用带恒流源的差分放大器。能有效抑制零漂、具有较高的输入阻抗及可观的电压增益。2中间级主要任务是提供足够的电压增益，又称放大级。采用恒流源负载共发射极放大电路。往往还附有射极跟随器，用以隔离中间级与输出级的相互影响，兼作电位移动。3输出级采用射极（源极）输出器或互补对称电压跟随器组成。要求：输入阻抗高，输出阻抗低，电压跟随性好。以减小或隔离与中间级的相互影响，提高带负载能力。4偏置电路偏置电路由各种恒流源、微电流源组成。任务是为集成运放各级提供合适的偏置电流。二、集成运放的外形

3、和图形符号1外形集成运放的外形封装有圆壳式、扁平式和双列直插式三种。双列直插式引脚排列规则：将半圆凹口标记置于左方，自下而上逆时针转向可读出各引脚的递增序号。2图形符号“”表示开环增益极高。3集成运放F324特点：具有较宽的工作电压范围，并且既可采用双电源工作，又能可采用单电源工作。三、集成运放的性能指标1开环差模增益无反馈时集成运放差模电压增益，称为开环差模增益，记作。它等于开环情况下，输出电压与输入差模电压之比。，或用分贝表示。越大，集成运放性能越好。2输入失调电压当输入电压为零时，为了使放大器输出电压也为零，在输入端外加的补偿电压，反映了运放的失调程度。越小，运放性能越好。3输入失调电流

4、输入电压为零时，两个输入端输入电流之差，称为输入失调电流。数值越小越好。4输入偏置电流（或）输入电压为零时，两个输入端静态偏置电流的平均值，称为输入偏置电流（或）。5差模输入电阻指电路开环情况下，差模输入电压与输入电流之比。越大，运放性能越好。6开环输出电阻电路开环情况下，输出电压与输出电流之比。越小，运放性能越好。7最大差模输入电压两个输入端间所允许的最大共模电压。超过此电压，输入管将反向击穿。可达十几伏 三十几伏。8最大共模输入电压两个输入端间所允许的最大共模输入电压。超过此电压，输入级无法正常工作。可达几伏 二十几伏。9共模抑制比电路开环情况下，差模放大倍数与共模放大倍数之比。越大，表明

5、分辩有用信号的能力愈强受共模干扰及零漂的影响越小，性能越优良。用分贝表示= 20lg（/）dB一般约70 80dB以上。10增益带宽积增益带宽积是开环差模增益与开环通频带之积，最高可达数千兆赫。11转换速率SR单位时间内对电压变化的响应范围。最高可达数千伏每微秒。四、集成运放的理想特性1集成运放的理想特性：（1）开环差模增益为无穷大，即 ¥；（2）差模输入电阻为无穷大，即 ¥；（3）开环输出电阻为零，即= 0；（4）共模抑制比为无穷大， ¥；（5）开环通频带无限宽，即BW ¥。2理想运放的图形符号“¥”表示开环电压放大倍数为无穷大的理想化条件。

6、3集成运放的传输特性输出特性分为线性区和非线性区（饱和区）。当运放工作在线性区时，输出电压与输入电压（）呈线性关系：=（）虚短：理想运放两输入端电位相等，好似短接但不是实际的短接，称为“虚短接”或“虚短”。虚断：理想运放两输入端无电流，好似断开但不是实际的断开，称为“虚断开”，或“虚断”。“虚短”或“虚断”是集成运放特有的极限状态或理想特性。第二节反馈放大器一、反馈放大器及其分类反馈：把放大器输出信号，按一定路径馈送到输入端的过程称为反馈。反馈放大器：施加反馈的放大器称为反馈放大器。反馈放大器组成：基本放大器（主网络）A和反馈网络F构成的闭合环路，简称闭环。1正反馈和负反馈正反馈：反馈信号的加

7、入使净输入信号，这种反馈称为正反馈。负反馈：反馈信号的加入使净输入信号，这种反馈称为负反馈。采用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈。瞬时极性法：与同极性，则为正反馈；与反极性，则为负反馈。2直流反馈和交流反馈直流反馈：如果反馈网络F把放大器输出直流量馈送到输入端，则该放大引入的反馈称为直流反馈。交流反馈：把交流输出信号馈送到输入端的过程称为交流反馈。引入的为直流反馈。引入的为交流反馈。3电压反馈与电流反馈电压反馈：反馈信号取自输出电压，称为电压反馈。如图（a）。电流反馈：反馈信号取自输出电流，称为电流反馈。如图（b）。判断方法：若反馈信号取自放大管的信号电压输出极，则为电压反馈，如图（a）、（c

8、）。反馈信号取自放大管的非信号电压输出极，则为电流反馈，如图（b）、（d）。4串联反馈与反馈串联反馈：反馈信号串接于输入回路的方式称为串联反馈。并联反馈：反馈信号并接于输入回路的方式称为并联反馈。判断方法：若反馈信号与输入信号一并送到放大管的输入极，则为并联反馈，如图（c）、（d）。否则，反馈信号送到放大管的非信号输入极，则为串联反馈。如图（a）、（b）。例 3-1试判别图示两电路中，前后两级放大器之间是否有反馈。若有反馈，试判别反馈类型。解：（1）判别级间有无反馈图示电路都是由两级共发射极放大器组成的，将后级的输出回路与前级的输入回路联系起来。因此，电路级间存在反馈。（2）判别是电压反馈还是

9、电流反馈图（a）中，反馈信号取自VT2的信号电压输出极，因而是电压反馈；图（b）中反馈信号取自VT2的非信号电压输出极，所以是电流反馈。（3）判断是串联反馈还是并联反馈图（a）中，反馈信号送入VT1的非信号输入极，因而是串联反馈；图（b）中反馈信号与输入信号一并送入VT1的信号输入极，所以是并联反馈。（4）判断是正反馈还是负反馈瞬时极性法：先在放大器输入端设定输入信号对地的极性为“+”或“-”，再依次接相关点的相位变化情况推出各点信号对地的交流瞬时极性，再根据反馈到输入端的反馈信号对地的瞬时极性判断，若使原输入信号减弱是负反馈，使原输入信号增强是正反馈。则图（a）、（b）均为负反馈。综上分析，

10、图（a）引入了电压串联负反馈；图（b）引入了电流并联负反馈。例 3-2试判别图示各电路的反馈类型。解：图（a）中，反馈信号取自输出电压，净输入电压，故电路为电压串联负反馈放大电路。图（b）中，反馈电压取自输出电流，净输入电压，故电路为电流串联反馈负放大电路。图（c）中，反馈电流取自输出电压，净输入电流，故电路为电压并联反馈负放大电路。图（d）中，反馈电流取自输出电流，净输入电流，故电路为电流并联反馈负放大电路。二、闭环增益的一般表达式反馈系数：接入负反馈后，将反馈信号与输出信号之比，定义为反馈系数F。因为所以又因为则负反馈放大器增益的一般表达式：引入负反馈后，放大器的闭环放大倍数降低了，且降低

11、开环增益的AF。反馈深度：（1+AF）反映了反馈的强弱程度，被称为反馈放大器的反馈深度。当（1+AF）>> 1时，说明闭环深度反馈时，增益仅与反馈系数有关，与开环增益无关，由于反馈环节一般都是由线性元件构成，性能稳定，因此闭环放大倍数稳定。三、负反馈对放大器性能的改善1负反馈使放大器增益的稳定性提高电压负反馈将稳定输出电压，电流负反馈将稳定输出电流。2负反馈改变放大器的输入电阻和输出电阻（1）负反馈改变放大器的输入电阻 串联负反馈使放大器输入电阻增大。 并联负反馈使放大器输入电阻减小。（2）负反馈改变放大器的输出电阻 电压负反馈使放大器的输出电阻减小。 电流负反馈使放大器的输出电阻

12、增大。（引入集成运放的概念）（引导学生参考教材资料）（展示实物）（引导学生参考教材）（引导学生参考教材）（讲解）（讲解）（分析，讲解）（讲解）（讲解）（引导学生分析）（引导分析）（学生讨论完成）（讲解）（引导学生参考教材）练习1什么是集成电路？集成电路有哪两大类？2什么是理想集成运算放大器？集成运放理想化的条件是什么？3什么是反馈？反馈有几种类型？4负反馈对放大器的性能有哪些影响？小结1集成运放是一种高输入电阻、低输出电阻、高增益的集成电路，其内部是由差分输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成的多级直流放大器。2虚短和虚断是集成运放外特性的理想描述，利用虚短和虚断概念，可以简化集成运放应用

13、电路的分析和计算。3反馈有正负之分，正反馈主要用于各种自激振荡器，负反馈则普遍用以改善放大器的性能。负反馈放大器有电压串联负反馈、电流串联负反馈、电压并联负反馈和电流并联负反馈四种类型。各种类型的负反馈将对放大器的众多性能指标均有相应的改善。布置作业P93习题三3-2，3-3。课题第三节集成运放的应用课型新课授课班级授课时数2教学目标1掌握集成运算放大器的基本运算电路。2掌握集成运算放大器的应用电路。教学重点1同相和反相比例运算电路的电路组成和比例运算关系。2运放的加减法电路。3集成运算放大器的非线性应用和使用常识。教学难点1同相和反相比例运算电路的电路组成和比例运算关系。2加、减运算电路组成

14、和运算关系。学情分析教学效果教后记新课A引入集成运放是一种十分理想的增益器件。其应用几乎涉及模拟信号处理的各个领域。除比较器和其他少数应用电路为开环工作外，大多数集成运放应用电路都是接有反馈网络的闭环系统。B新授课第三节集成运放的应用一、集成运放的线性应用（一）反相和同相放大器1反相放大器（1）电路组成输入信号通过送到集成运放的反相输入端，输出信号经反馈至反相输入端，同相端接地。（2）电压增益（3）结论电压增益为负值，与反相，故称为反相放大器。的大小仅与和有关，选取阻值稳定、精度高的电阻和，是提高电压增益精度的重要途径。2同相放大器（1）电路组成输入信号通过馈送到集成运放的同相输入端，输出信号

15、经反馈至反相输入端。（2）电压增益（3）结论电压增益为正值，输出电压与输入同相，故称为同相放大器。若取= 0，则有= 1，=，则电路成为电压跟随器。（二）运算电路1加法器和减法器（1）加法器 反相加法器电路输出电压：可见，输出电压与输入电压反相，且是两输入信号加权后的负值相加，故称反相加法器。若取，则若取，则 同相加法器单独作用时，单独作用时，则、共同作用时，若取、，则。（2）减法器将输入信号通过送入反相输入端，通过送到同相输入端，即组成如图所示的减法器电路。电路输出电压是两输入信号、加权相减。若取、，则。若取，则。例3-3选择各电阻的阻值，并画出集成运放电路图，使之实现下列运算：（1）（2）

16、（3）解：（1）由可知，可采用减法器电路，并取、，即符合要求。（2）同理，采用同相加法器电路连接，并取，即满足要求。（3）同理，采用反相加法器电路连接，并取，即满足要求。2积分和微分电路（1）积分电路 电路 输出电压利用虚短和虚断特性可得输出电压正比于输入电压对时间的积分，负号表示输出电压与输入电压反相。直流输入时，输出电压将随时间线性增长。设电容上的初始电压等于零（即t = 0时，），且输入电压为恒定直流信号，则 波形 应用在自动控制系统中，积分电路常用来实现延时、定时和产生各种波形。时间常数t =取值越大，延时和定时时间越长，电路的抗干扰性能越强。（2）微分电路 电路 输出电压根据理想运放

17、的虚短和虚断特性可得，输出电压与输入电压的微分成正比，负号表示输出电压与输入电压反相。 波形在输入信号突变时，输出为一尖脉冲，在输入信号无变化的平坦区域，电路无输出电压。显然，微分电路对突变信号反应特别敏感。 应用在自动控制系统中，常用微分电路来提高系统的调节灵敏度。将比例（P）、积分（I）和微分（D）三部电路组成起来，可组成PID（比例积分电路）调节器。比例用于常规（主）调节、并作用于调节过程的始终；积分用于抑制干扰；微分用于快速反应变化趋势并加以抑制。二、集成运放的非线性应用1电压比较器（1）基本电路（）：参考电压或基准电压，加在集成运放的同相输入端。：被比较的对象，送到集成运放的反相输入

18、端。：输出电压反映比较的结果，或为高电平电压、或为低电平电压，以满足后面连接的数字电路对1和0两种逻辑电平的要求。（2）工作原理集成运放工作于开环状态。其开环增益很高，两个输入电压有微小的差别，就会使输出处于饱和状态。 < ：则，集成运放输出正向饱和电压。 > ：则，集成运放输出负向饱和电压。（3）传输特性比较器的输入输出关系即传输特性。如果输入电压为正弦波，则比较器将输出同频率的矩形波，如图所示。（4）过零比较器取参考电压，则输入电压每次过零时，输出电压就要产生跃变（反转），这种比较器称为过零比较器，又称过零检测器。 时，VZ1正向导通，VZ2反向击穿，输出电压。 时，VZ1反向

19、击穿，VZ2正向导通，输出电压。传输特性如图所示。此外，还有抗干扰能力很强的迟滞比较器和检测给定范围电压的双限比较器。2限幅器（1）功能功能：将输出信号幅度限制在一定界限内。当信号在限幅界限内，限幅器的输出与输入成正比，而信号超过限幅界限时，则其输出等于界限值。（2）电路和波形最简单的限幅器可以用双向稳压管作为限幅元件，如图（a）所示。输入正弦电压时，未接和加接双向稳压管的输出波形如图所示。三、集成运放使用常识 1调零（1）现象集成运放由于失调电压和失调电流的存在，当输入信号为零时，输出不为零。（2）措施将输入端对地短接，利用外接调零电位器调整，使输出电压为零。（3）调零电路调零电路实例如图所

20、示。2消除自激振荡集成运放的开环增益很大，其内部存在寄生电容，使用时，如果引入深度负反馈，容易引起自激振荡，使电路无法正常工作。目前大多数集成运放内部已接入相位补偿网络，使用时不必外接补偿电路。3单电源供电集成运放大多需要正、负双电源供电才能正常工作，但有些场合希望采用单电源，这时可选用允许单电源工作的集成运放，如F324，如果选用双电源运放而必须单电源供电，可采用图示电路。（引导学生分析，讲解）（讲解）（讲解）（学生讨论完成）（讲解）（引导分析）（讲解）（引导分析）（讲解）（学生阅读教材）（讲解）练习1理想集成运放应满足哪些条件？2集成运放有哪些线性和非线性应用？3画出由集成运放组成的加法和

21、减法运算电路，并分析其运算关系。小结1反相放大器、同相放大器是集成运放的两种基本应用电路，其他应用电路都是在此基础上的拓展。2使用集成运放时，应注意调零、消振和过压、过流保护等。随着集成工艺的发展，许多以往需要外加的保护电路和消振电路等都已移至集成电路内部，使用极为方便。布置作业P93习题三3-6，3-7。课题第四节集成功率放大器课型新课授课班级授课时数2教学目标1了解功率放大的一般知识和基本概念。2掌握基本功率放大电路的组成和原理。教学重点1功率放大器的一般知识简介。2OCL电路及OTL电路的电路组成和工作原理。教学难点OCL电路及OTL电路的工作原理。学情分析教学效果教后记新课A引入低频小

22、信号放大器，虽有一定的功率输出，但只要求足够的输出电压或电流幅度，一般不注重输出功率。然而，终端负载一般都需要足够的推动功率，因此还需设置功率放大器。B新授课第四节集成功率放大器一、功率放大器的基本问题1功率放大器的性能要求与小信号放大器相比，功率放大器有以下几个显著特点：首先，为了输出足够的功率，输入、输出电压和电流的幅度都很大，故功率放大器又称大信号放大器。其次，在大幅度信号作用下，功率放大管的非线性失真问题远比小信号放大器突出。另外，为了充分发掘功率放大管的潜力，功放管的工作电压、工作电流及集电极耗散功率都很大，并接近极限运用状态，因此，要使功率管不损坏，就不应超过管子的极限参数，即工作

23、在安全工作区内。性能良好的功率放大器，应符合以下基本要求：（1）输出功率足够大，以满足驱动负载的需要，并留有充分的功率裕量。（2）非线性失真要小，以保证输出信号的逼真度。（3）转换效率要高。设电源供给的直流功率为，输出最大信号功率为，则电路的最大转换效率为。（4）散热条件好，以保证功放管安全工作。2提高输出功率和转换效率的主要途径甲类放大：在正弦波信号的作用下，放大管在信号的整个周期内都有电流，导通角为 q = 2p，这种工作方式通常称为甲类放大。如图（a）所示。变压器耦合甲类放大器的最大转换效率可达50%。乙类或甲乙类放大器：将静态工作点Q下移至或，使无信号时放大管的电流等于零或很小，有信号

24、时只半个周期或稍大半个周期内导通，就转变为乙类或甲乙类放大器。如图（b）、（c）所示。乙类或甲乙类放大器，减小了静态功耗，提高了效率，但都出现了严重的波形失真。二、乙类双电源互补对称功率放大器1电路组成及其工作原理（1）电路组成图（a）是基本互补对称电路图。VT1、VT2：两个参数对称的异型管，VT1为NPN型；VT2为PNP型。该电路实为两个射极输出器组合而成，如图（b）、（c）所示。（2）工作原理假设两管的导通电压均为零。 ，VT1导通，VT2截止，VT1承担放大任务，电源向负载提供电流。 ，VT1截止，VT2导通，VT2承担放大任务，电源向负载提供电流。 两管轮流导通，组成互补推挽式电路

25、，供给负载电流，导通角各为 p ，故称为推挽式乙类互补对称功率放大器。2输出功率和转换功率（1）最大输出功率（2）最大转换效率乙类互补对称电路的最大转换效率为三、甲乙类互补对称功率放大器上述乙类互补对称功率放大器存在着交越失真，如图所示。原因：放大管无直流偏置，而必须在大于导通电压时才有显著变化。当输入信号低于导通电压时，两管都截止，负载上无电流通过，出现一段死区，称为交越失真。1甲乙类双电源互补对称电路（1）电路特点与乙类电路相比，增设了由电阻、电位器和二极管VD1、VD2构成的偏置电路。（2）工作原理 静态时，利用两个二极管的正向压降，适当选择、，调节，使略高于两管的导通电压，功放管VT1

26、、VT2即处于微导通状态。 动态时，因阻值很小，可认为输入信号是等幅输入VT1、VT2两管基极的。则在作用下，两管的导通角 q 都大于 p ，即均在略大于半周时间内导通，两管的集电极电流波形如图中的、。只要合理选择静态工作点，就能在两管波形合成时，抵消每管波形在静态工作点附近的失真部分，使输出电流的波形基本无失真。如图所示。另一种互补对称电路如图所示。2甲乙类单电源互补对称电路（1）电路组成前述双电源互补对称电路，无需接耦合电容，故称之为OCL电路（无输出电容器）。此电路的输出信号通过电容C与负载耦合，而不采用输出变压器，因而称为OTL电路（无输出变压器）。（2）工作原理 静态时选择适当、的数值，使和恰好给VT1、VT2提供最佳静态偏置，使它们的“中点”电位。因而电容C两端电压等于，即。这样，VT1和VT2管的电源电压均为。 动态时，VT1导通而VT2截止，路径为：在上形成正半周输出电压，同时给电容C充电，补充储能。，VT2导通而VT1截止，电容C释放储能供给，路径为：