集成运算放大器教案

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第五章集成运算放大器

第一节直流放大器

教课目标：1、认识直流放大器的观点。

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。

教课要点：1、直流放大器存在的问题。

2、差动放大器克制零漂的工作原理。

教课难点：1、差动放大器克制零漂的工作原理。

教课方法与手段：1、教师讲解与学生练习相联合。

2、板书与多媒体课件相联合。

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。

集成电路的工艺特色：

（1）元器件拥有优秀的一致性和同向误差，因此特别有益于实现需

要对称构造的电路。

（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，常常使用有源负载。

（4）只好制作几十pF以下的小电容。所以，集成放大器都采纳直

接耦合方式。如需大电容，只有外接。

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（5）不可以制造电感，如需电感，也只好外接。

直流放大器：用来放大迟缓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、前后级静态工作点互相影响的问题。

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，，输出有迟缓变化的电压产生。

uo

t

0

产生零漂的原由：由温度变化惹起的。当温度变化使第一级放

大器的静态工作点发生细小变化时，这类变化量会被后边的电路逐级

放大，最后在输出端产生较大的电压漂移。因此零点漂移也叫温漂。

零漂的权衡方法：将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。

3.减小零漂的举措V

+

CC

RR

用非线性元件进行温度赔偿cc

+u_R

采纳差动放大电路bob

R

TT2

+1+

三、差动放大器

uu

i1i2

－－

R

e

_

VEE

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一).构造:对称性构造

即：β1＝β2＝βU=U=Ur=r=r

BE1BE2BEbe1be2be

R=R=RR=R=R

C1C2Cb1b2b

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.差动放大电路能够有两个输出端。

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：u=u-u

idi1i2

共模信号：u=1/2(u+u)

ici1i2

差模电压增益：A=U/U

udodid

共模电压增益：A=U/U

ucocic

总输出电压：u=u+u=Au+Au

oodocudiducic

4.共模克制比K=A/A

CMRuduc

二）.差动放大电路的基本工作原理

V

+

CC

1、静态时RR

cc

U＝UU＝0R+u_R

I1I2Obob

TT

+12+

2、克制零漂的原理uu

i1i2

－－

R

e

当u=ui2=0时，_V

i1

EE

U=UU=U-U=0

C1C2oC1C2

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当温度变化时：设Ti,iu,u

c1c2c1c2

uo=uc1-uc2=0

3.电路的动向剖析

(1)加入差模信号u=-u=u/2，u=0。

i1i2idic

,iI不变U不变

i1i21b2e1e2ReE

若u,uib,ii

所以，Re对差模信号相当于短路。R

u(R//)

cL

u2

①求差模电压放大倍数：AOO1A

uduuuud

Rr

Rri1i2i1bbe

②差模输入电阻2R

idbbe

R2R

③输出电阻oc

(2)加入共模信号

共模电压放大倍数A0

uc

本课小结：1、直流放大器存在的两个问题：静态工作点互相影响的

问题，零点漂移的问题。

2、解决零点漂移的方法是采纳差动放大器。

3、差动放大器克制零漂的原理。

作业：《电子技术基础》教材P1125－1、5－2、5－3

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第二节OCL电路与OTL电路

教课目标：1、掌握OCL电路与OTL电路的构造及工作原理。

2、掌握除去交越失真的方法。

教课要点：1、OCL电路与OTL电路的工作原理。

2、输出功率的计算。

教课难点：1、交越失真的除去方法。

教课方法与手段：1、教师讲解与学生练习相联合。

2、板书与多媒体课件相联合。

课时计划：4课时

一、OCL电路

一）、电路构造

+Vcc

V1

ui

V2RLuo

-Vcc

电路中采纳了正负两组电源，采纳两个晶体管：NPN、PNP各一只；此

中V1为NPN型，V2为PNP型，两管极性相反，性能一致。两

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只三极管的基极连在一同，作为信号的输入端，发射级连在一同，作

为信号的输出端，构成互补对称式射极输出器。

二）、工作原理

+Vcc

交越失真

V1

ic1

ui

VR

2Lu

o

ic2

-Vcc

1、静态工作状况剖析

u=0V，V、V均工作于截止状态，I=I=0，I=I=0，（乙类工

i12B1B2C1C2

作状态）u=0V

o

2、动向工作状况剖析

输入信号正半周，U>0，V加正向电压导通，V加反向电压截止，i=i，

i12lc1

u≠0,

o

输入信号负半周，u<0,V加反向电压截止，V加正向电压导通，

i12

i=i,u≠0。

lc2o

V、V两个管子交替工作，在负载上获得完好的正弦波。

12

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三、实质双电源互补对称功率放大电路

1、电路构造

＋VCC

R1

V

1

D1

u2DR

io

u

L

V

2

R2

-V

CC

电路中增添R、D、D、R。

1122

2、工作原理

1)、静态工作状况剖析

V、V两管发射结电压分别为二极管D、D的正导游通压降，以致两

1212

管均处于轻微导通状态——工作于甲乙类状态。

2)、动向工作状况剖析

设u加入正弦信号。正半周V加反向电压截止，V基极电位进一

i21

步提升，进入优秀的导通状态，i=i,负半周V加反向电压截止，V基

lc112

极电位进一步降低，进入优秀的导通状态，i=i。进而防止了交越

lc2

失真。

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四)、剖析计算

最大不失真输出功率P

omax

二）、单电源互补对称电路――OTL电路

一）电路构造

+Vcc

V1

C

A

ui

VR

2Lu

o

电路中只采纳了一组电源，采纳了两只极性相反，性能一致的三极管

三极管的基极连在一同，作为信号的输入端，发射级连在一同，作为

信号的输出端，构成互补对称式射极输出器，在OCL电路的基础上

增添了一个电容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

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1、静态工作状况剖析

u=0V，V、V均工作于截止状态，I=I=0，I=I=0，（乙类工

i12B1B2C1C2

作状态）u=0V，A点电位是电源电压的一半。

o

2、动向工作状况剖析

输入信号正半周，U>0，V加正向电压导通，V加反向电压截止，i=i，

i12lc1

u≠0,

o

输入信号负半周，u<0,V加反向电压截止，V加正向电压导通，

i12

i=i,u≠0。（由电容供电）

lc2o

V、V两个管子交替工作，在负载上获得完好的正弦波。相同存在交

12

越失真。

三）、适用型OTL电路

C1

C1

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与R构成自举电路

U1

（1）静态偏置：调整RW阻值的大小，可使V

PCC

2

1

U

此时电容上电压V

CCC

2

（2）动向剖析

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）因为C1很大，两头电压基本不变，使

C1上端电位随输出电压高升而高升。保证输出幅度达到VCC/2。

(U)

omax22

（3）输出功率及效率2V

CC

Pomax8R78.5%

L

RLmax

四）复合管

复合管的复合原则是：1、保证参加复合的每尽管子有各自的正确的

电流流向。

2、复合管的种类由第一尽管子决定。

本课小结：

1．功率放大器的特色：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流

都很大。要求在同意的失真条件下，尽可能提升输出功率和效率。

2．为了提升效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状

态下，并用互补对称构造使其基本不失真。这类功率放大器理论上的

最大输出效率能够达到78.5％。

3．互补对称功率放大器的几种主要构造：

OCL（双电源）——乙类、甲乙类。

OTL（单电源）——乙类、甲乙类。

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第三节集成运算放大器的基础知识

教课目标：1、认识集成运放的电路构成及符号。

2、掌握理想集成运算放大器的特色。

教课要点：理想集成运算放大器的特色。

教课难点：理想集成运算放大器的特色。

教课方法与手段：1、教师讲解与学生练习相联合。

2、板书与多媒体课件相联合。

课时计划：2课时

一、集成运放的电路构成及符号

集成运放的方框图

输入级主假如克制零点漂移。

电压放大级主假如起电压放大作用。

输出级采纳射极输出器主假如提升带负载能力。

偏置电路主假如供应各级直流电压，保证各级有适合稳固的静态

工作点。

集成运放的图形符号

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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V

IO

3、输入失调电流I

IO

4、共模克制比K

CMR

5、输出峰－峰电压V

OPP

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A＝∞

VO

2、输入电阻r＝∞

i

3、输出电阻r=∞

o

4、共模克制比K＝∞

CMR

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：U＝U

PN

2、理想运放的输入电流趋于0

即：I＝0

I

本课小结：1、集成运放的电路构成及符号。

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P1125－4、5－5、5－6

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第四节集成运算放大器构成的运算电路

教课目标：1、认识反对比率运算放大器反、同对比率运算放大器的

构成及计算。

2、掌握虚地、虚短、虚断的含义。

教课要点：反对比率运算放大器、同对比率运算放大器的计算。

教课难点：虚地、虚短、虚断的含义。

教课方法与手段：1、教师讲解与学生练习相联合。

2、板书与多媒体课件相联合。

课时计划：4课时

一、反对比率运算放大器

一）、电路构造

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色。

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闭环电压放大倍数为：

uR

AoF

ufuR

i1ifRF

当RR时，uu，

F1oi

即A1，该电路就成了反

Ri

uf

u∞

相器。i11

－

Ruo

图中电阻p称为均衡电

R

阻，通常取RR//R，以p+

p1F+

保证其输入端的电阻均衡，从

而提升差动电路的对称性。

二、同对比率运算放大器

一）、电路构造

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同反相输入比率运算电路相同，为了

提升差动电路的对称性，均衡电阻

RpR1//FR。

闭环电压放大倍数为：

A

uoRF∞

uf1

－

uiR1uo

可见同对比率运算电路的闭环电压

ui+

放大倍数必定大于或等于1。当+

R0或R时，uu，即

f1oi

Auf1，这时输出电压跟从输入电压

作相同的变化，称为电压跟从器。

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本课小结：1、反对比率运算放大器中的虚地，虚短、虚断的观点。

2、反对比率运算放大器的闭环放大倍数：

Avf=v/v=-R/R

oif1

3、同对比率运算放大器的闭环放大倍数：

Avf=V/V=I(R+R)/RI=1+R/R

Oi11f11f1

作业：《电子技术基础》教材P1125－9

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第五节集成运算放大器的应用

教课目标：1、认识加法运算放大器减法运算放大器的构成及计算。

2、认识各样信号变换电路的工作原理。

3、认识运算放大器的使用知识

教课要点：加法运算放大器减法运算放大器的构成及计算。

教课难点：各样信号变换电路的工作原理。

教课方法与手段：1、教师讲解与学生练习相联合。

2、板书与多媒体课件相联合。

课时计划：4课时

一、运算电路

一）、加法运算电路

依据运下班作在线性区的两条剖析依照可知：

ifi1i2

uu

u

i1i2o

u

i，i，iR11iiR

12fi1

RRR

12FfF

由此可得：uR

Ri22i2∞

FR

u(iu1Fu)－

oi2

RRuo

12+

Rp

若RRR，则：+

12F

u(uu)

oi1i2

可见输出电压与两个输入电压之间是一种反相

输入加法运算关系。这一运算关系可推行到有更多

个信号输入的状况。均衡电阻RR//R//R。

p12F

二、减法运算电路

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例：求图示电路中u与u、u的关系。

oi1i2

R

R

ui11RF

uR∞

i2

－

R2