中职教育二年级上学期装备制造大类《差动放大电路》教学设计

差动放大电路教学设计学校名称：重庆市科能高级技工学校部门：智能工程系课题名称项目四安装调试音频前置放大器任务一差动放大电路所属课程模拟电子技术基础教材版本《模拟电子技术基础》刘晓书王毅主编北京理工大学出版社教学对象机电类专业二年级学生学时2-4学时一、教学主要内容（一）直接耦合放大器存在的问题与解决方法（二）认识差动放大电路（三）仿真检测差动放大电路二、教学目标素质目标1.养成安全的行为规范，注重人身安全和设备安全；2.注重职业责任心、职业情感、纪律意识的养成，逐步养成学生职业素养；3.培养学生相互协作的团队意识，解决操作过程遇到的随机问题。知识目标1.了解直接耦合放大电路存在的问题。2.理解差动放大器的电路组成与工作原理。3.了解差动放大电路的连接方式和实用的差动放大电路。技能目标1.能计算差动放大器的放大倍数。2.能仿真检测差动放大电路。三、教学重难点（一）教学重点：理解差动放大器的电路组成与工作原理。（二）教学难点：理解差动放大器的电路组成与工作原理。四、教法与学法本着以“行动为导向，工学一体”的设计理念，采用“教学做一体”的教学形式。课堂采用行动导向六步法的项目教学法和仿真实验法，学法才用了自主探究法、分组实验法和任务驱动法。教法：行动导向法、仿真实验法学法：自主探究法、分组实验法、任务驱动法五、教学资源及手段本课程资料较完备，动画，作业，测试等模块均已实际运用；同时通过学习通进行课堂教学的应用，及新教学资源的生成；引导学生使用Multisim14仿真软件，进行电路仿真。大力推荐学生主动利用发达的网络资源，获取更多的优质信息，如技工教育网，微信公纵平台等。设备工具：电脑、手机，Multisim14仿真软件学习平台：在一体化教室进行，老师使用多媒体讲解，学生分组使用电脑进行仿真操作和实际操作六、课程思政振兴民族工业，大力发展我国集成电路技术，科技兴国。改善差动放大电路存在问题的方法肯定还有更好的，我们就是要有一股钻研精神，要不断探索科学奥秘，找到更多更好的解决方法。七、教学内容用于放大变化缓慢的信号和直流信号的直接耦合放大电路存在两个特殊的问题。如果不能妥善解决放大器不能正常工作。一、直接耦合放大器存在的问题（一）级间直流量的相互影响简单的两级直接耦合放大电路如图4.1所示。它的静态工作点互相影响的（Uce1=Ube2）。由于VT2管的发射结压降Ube很小，让VT1管的集电极电位很低而接近饱和区，使三极管不能正常工作。图4.1简单直接耦合放大电路（二）零点漂移问题当直接耦合放大器的输入信号为零时，接通电源后，输出电压应该保持不变，但是实际上随着时间的推移，输出电压会作缓慢的、不规则的变化，如图4.2所示。（a）直接耦合放大器示意图（b）零点漂移问题示意图图4.2直接耦合放大器的零点漂移问题直接耦合放大电路在输入信号为零时，输出电压偏移起始时值的现象称为零点漂移，简称零漂。直接耦合放大电路前一级的零漂会被后一级放大器放大，放大器级数越多，零点漂移就会越严重。阻容耦合放大电路由于直流信号不能通过电容器传递，因此阻容耦合的零漂只限于本级内，影响很小。二、级间电位调节电路为了保证直接耦合放大电路中的三极管能正常工作，常用的前后级间静态电位的合理的配置方法有如下几种：（一）用发射极电阻调节电位的直接耦合放大电路用发射极电阻调节电位就是在VT2管的发射极串入了适当的发射极电阻，使VT2管的发射极、基极电位提高，从而提高了VT1管的集电极电位，使它不易进入饱和区，这样VT1和VT2管都可获得合适的静态工作点。它的缺点是VT2管发射极的电阻会引起电流负反馈，使放大器的放大倍数降低。发射极电阻调节电位的直接耦合放大电路如图4.3所示。图4.3发射极电阻调节电位的直接耦合放大电路（二）用二极管调节电位的直接耦合放大电路用二极管调节电位就是在VT2管的发射极串入了二极管，使VT2管的发射极、基极电位提高，从而提高了VT1管的集电极电位，使它不易进入饱和区，这样VT1和VT2管都可获得合适的静态工作点。同时由于二极管的动态电阻很小，因此它对电流的负反馈作用很小，放大器的放大倍数不会降低。二极管调节电位的直接耦合放大电路如图4.4所示。图4.4二极管调节电位的直接耦合放大电路（三）用稳压管调节电位的直接耦合放大电路当需要的VT2管的基极电位较高时，在发射极串入几只二极管就不合适，此时用稳压管就更合适，稳压管的动态电阻也很小，同样对电流的负反馈作用很小。稳压管调节电位的直接耦合放大电路如图4.5所示：图4.5稳压管调节电位的直接耦合放大电路（四）用NPN型三极管和PNP型三极管组成互补耦合放大电路因为NPN型三极管的集电极电位比基极电位高，而PNP型三极管的集电极电位比基极电位低，它们配合使用就可以使三极管的静态工作点有合理的配置，能满足放大的要求。用NPN型三极管和PNP型三极管组成互补耦合放大电路如图4.6所示、、图4.6NPN型三极管和PNP型三极管组成互补耦合放大电路三、差动放大电路为了克服零点漂移，实际生产中需要运用差动放大电路。（一）基本差动放大电路的组成将两个电路结构、参数均相同的共发射极单管放大电路组合在一起,就构成基本差动大电路，如图4.7所示。输入电压分别加在两管的基极,输出电压等于两管的集电极电位之差。差动放大电路的主要特点是对称，基本形式如图4.7所示。图4.7基本差动放大电路的组成（二）抑制零漂的原理在没有输入信号（把a、b两点对地短路）时，因电路参数对称，三极管特性相同，因此,如果环境温度、电源电压保持不变，它们的数值也不会改变，即，电路的输出为零。当温度或电源电压发生变化时，由于电路是对称的，因此两个三极管的集电极电流变化量相等，即，因此两个三极管的集电极电压的变化量也相等，即，由此可知,,可见,在温度或者电源电压变化时,输出电压仍然为零,较好地抑制了零漂。差动放大电路利用三极管集电极电压共同变化的特点，在一定程度上解决了零漂问题。（二）差动放大电路对信号的放大作用1.差模输入和差模放大倍数大小相等而极性相反的两个输入信号称为差模信号。在上图中，三极管VT1、VT2的输入信号就是差模信号。如果对于三极管VT1来说，输入信号为正时，则增加，减小；此时对于三极管VT2来说，输入信号为负，减小，增加。可见两个三极管的集电极电压呈相反的方向变化，由于电路是对称的，因此增加的量与减小的量是相等的，即，因此放大电路总的输出电压为。可见在差模信号的作用下，差动放大电路能有效地放大差模信号。差动放大电路在差模输入时的放大倍数称为差模放大倍数，用符号表示。（4.1）设差模输入时三极管VT1和VT2的单管放大倍数分别为，由于两边的电路对称，因此：（4.2）因为：所以：（4.3）即：（4.4）利用以前学的知识可得：（4.5）差动放大电路的差模放大倍数等于差模输入时每一个单管的放大倍数，其特点是利用一个放大管来换取对零漂的抑制。2.共模输入和共模放大倍数大小相等且极性相同的两个输入信号称为共模信号。共模输入的差动放大电路如图4.8所示：图4.8共模输入的差动放大电路在上图中，加到三极管VT1、VT2基极上的输入信号电压就是共模信号。即：（4.6）差动放大电路在共模输入时的放大倍数称为共模放大倍数用符号表示。共模输入时，两个三极管的集电极电流与集电极电位的变化相同，因此三极管VT1、VT2的输出电压也是大小相等相位相同，显然放大电路总的输出电压为零，即，因此，一个完全对称的差动放大电路的共模放大倍数为零，即：（4.7）温度、电源电压对差动放大电路的影响就相当于输入一对共模信号，差动放大电路对零漂的抑制就是抑制共模信号的一个特例。理想情况下，，因此输出电压没有零漂。3.共模抑制比差动放大电路的差模放大倍数与共模放大倍数之比，称为共模抑制比，用CMRR来表示，即：（4.8）共模抑制比的值越大，差动放大电路的性能越好。差动放大电路对共模信号没有放大作用，放大的只是差动信号，即只有两个输入信号有差别时，放大器才输出放大了的信号，即输出端才有“动作”，这也是“差动”名称的来历。（四）实用的差动放大电路1.带调零电位器的长尾式差动放大电路带调零电位器的长尾式差动放大电路的电路如图4.9所示。图4.9带调零电位器的长尾式差动放大电路的电路上图中，可调电阻RP的作用是调零，通过调节RP使，这样当输入信号。上图中，电阻RE的作用是引入共模负反馈，从而抑制零漂。其工作原理如下：电阻RE对差模信号没有影响，因为当差模信号接到电路的输入端时，一个三极管的电流增加，另一个三极管的电流减小，而且增加与减小的量相等，因此流过电阻RE的电流不变，即电阻RE对差模信号没有影响。电阻RE的值越大，对共模信号的抑制作用越强，但是RE增加会使三极管的集电极与发射极之间的管压降减小，三极管的动态范围减小，因此要接入辅助电源。而且RE越大，辅助电源的值就越大，因此RE的值不宜过大。2.三极管恒流源的差动放大电路为了降低辅助电源的电压,常常用三极管恒流源代替RE，这种电路称为三极管恒流源差动放大电路,如图4.10所示。图4.10三极管恒流源的差动放大电路在上图中，R3与R4串联分压固定三极管VT3的基极电位，当电路有共模信号输入时，VT3的发射极电位随着VT3管的集电极电流、发射极电流的改变而改变，电路利用VT3管的发射极电位的变化来使基极电流随之变化，来使能保持不变化，不变化则、也不能变化，从而抑制了零漂。（五）差动放大电路的几种连接方法（一）双端输入，双端输出双端输入，双端输出的电路图如图4.11所示，它的差模放大倍数与单管放大倍数是相同的，即。图4.11双端输入，双端输出（二）双端输入，单端输出双端输入，单端输出差动放大器如图4.12电路图如下所示，由于这种电路只利用了一个三极管集电极电位的变化，另一个三极管的集电极电位变化没有利用，因此其差模输出电压只有双端输出的一半，故其差模放大倍数。图4.12双端输入，单端输出差动放大器（三）单端输入，双端输出单端输入，双端输出差动放大器如图4.13所示，它的作用是把单端信号转换成双端输出，电路的工作状态与双端输入时近似一致。因此放大电路的放大倍数跟双端输入、双端输出一样，即。图4.13单端输入，双端输出差动放大器（四）单端输入、单端输出单端输入、单端输出差动放大器如图4.14所示其电路图如下，这种电路抑制零漂的能力很强，通过输出端不同的接法（接V1或V2），可以得到与输入信号反相或同