模拟电路技术基础 教案 4.3 集成运算放大器基础知识 教案_第1页
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PAGEPAGE2任务三集成运算放大器基础知识教案课题名称集成运算放大器基础知识所属科目模拟电路教学对象中职电子技术应用专业班同步教材模拟电路技术基础课型新授£复习教材主编欧小东课程性质理论教学£实践教学授课时间年月日授课教师计划课时2课时教学平台多媒体网络教室、学习通课堂教学资源教科书、多媒体教学课件线上学习资源教学视频、学习讨论、课堂练习题、在线开放课程教学目标知识目标:(1)了解集成电路的特点、种类及用途;(2)了解几种典型的集成运放的引脚图;(3)掌握集成运放在线性和非线性应用时的条件与分析方法。能力目标:(1)会集成运放的应用接线。(2)掌握集成运放在线性和非线性应用时的条件与分析方法。素质目标:(1)养成自主学习的习惯;(2)具备良好的人际交往能力、团队合作精神和优质服务意识;(3)养成严谨、细致的学习习惯。教学重点(1)理解集成运放的组成结构框图和功能;(2)掌握理想集成运放的特性;教学难点根据理想集成运放的“虚断”和“虚短”两个重要结论。教学方法自主学习法、任务驱动法、合作探究法、演示法课前准备教师:发布任务、推送资源,在线答疑解惑。学生:接收学习任务,查找相关资料自主学习;提出疑问。线下教学过程批注任务三集成运算放大器基础知识4.3.1集成电路概述集成电路定义:在一块单晶硅片上,用光刻法制作好所需的三极管、二极管、电阻和电容元器件,按一定的要求把它们连接起来,构成完整的功能电路,即集成电路。集成电路广泛应用于各种电子设备中。1.集成电路的特点(1)对称性好。集成电路中的元器件均来自同一块硅片,故制作同类元器件的性能一致性很高。(2)用有源元器件代替无源元器件。在集成电路中,阻值小的电阻通常用硅片的体电阻制作;阻值大的电阻或用三极管(或场效应管)来代替,或外接的方法解决。因此,为减小硅片面积,尽量用有源元器(三极管或场效应管)件代替无源元器件(电阻或电容)。(3)级间耦合多采用直接耦合方式。在集成电路中,容量小的电容用PN结的结电容制作,容量大的电容只能采用外接的方法解决。因此,级间耦合多采用直接耦合方式。2.集成电路的种类及用途①按管子和元器件数量即集成度来分,可分为小规模、中规模、大规模和超大规模集成电路。②按所用器件的类型来分,可分为双极型和单极型集成电路。③按其功能来分,可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类。数字集成电路主要用于脉冲信号的处理。模拟集成电路是对模拟信号进行放大或变换的电路,它又分为集成运算放大器、宽带放大器、功率放大器、直流稳压器及各种专用集成电路等。集成运算放大器简称集成运放。它在模拟集成电路中应用极为广泛,也是我们今天学习的内容。4.3.2集成运放的构造与符号1.集成运放的结构框图集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路4部分组成,如图4-13所示。集成运放各部分的作用描述如下。图4-13集成运放的结构框图(1)输入级:通常由具有恒流源的差动放大电路构成,目的是尽量提高共模抑制比、减小放大电路的零漂、增大输入阻抗、产生一定的电压增益。它有两个输入端。其中一端为同相输入端,当输入信号由该端输入时,输出信号与输入信号相位相同;另一端为反相输入端,当输入信号由该端输入时,输出信号与输入信号相位相反。(2)中间级:通常由2~3级共发射极放大电路构成,以获得足够大的电压放大倍数。(3)输出级:通常由三极管共集电极放大器或互补对称电路组成,这种电路类型可以减小输出电阻,增强电路的带负载能力。(4)偏置电路:一般由各种恒流源电路构成,作用是为上述各级电路提供稳定、合适的偏置电流,决定各级的静态工作点。

2.集成运放的外形和符号集成运放的封装外形如图4-14(a)所示。主要有圆壳式、双列直插式和扁平式,国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。集成运放的图形符号如图4-14(b)所示。其中,“”代表信号的传输方向,“∞”代表理想情况下的开环差模增益为无穷大,左侧的“-”和“+”分别表示反相输入端与同相输入端,右侧的“+”表示输出端。集成运放的引脚有多个,在绘制其原理电路图时,通常只画输入端和输出端。图4-14集成运放的封装外形和图形符号4.3.3常用集成运放简介1.集成运放的引脚及功能图4-15所示为几种典型的集成运放的引脚图。其中,OP07为低噪声高精度单运放、LM358为通用型双运放、LM324为通用型四运放、CF747为通用型双运放。图4-15几种典型的集成运放的引脚图

集成运放通常有8~14个引脚,表4-1所列为OP07的引脚符号及功能说明,对于其他集成运放的引脚符号及功能,读者可触类旁通。表4-1OP07的引脚符号及功能说明引脚符号功能引脚符号功能引脚符号功能引脚符号功能1OA调零端3IN(+)同相输入端5NC空脚7+VCC正电源端2IN(-)反相输入端4-VCC负电源端6OUT输出端8OA调零端2.集成运放的应用接线(1)国产第一代集成运放F004的外接线如图4-16(a)所示。可见,圆壳式集成运放的引脚顺序是引脚向上,序号自标志起从小到大按顺时针方向排列。引脚功能如下。7脚接正电源(+15V),4脚接负电源(-15V),6脚为输出端,1、4、8脚接调零电位器,3脚为同相输入端,2脚为反相输入端,5、6脚之间的200k电阻及RP、CP的作用是消除自激。(2)7脚接正电源(+9~+18V),4脚接负电源(-18~-9V),6脚为输出端,1、4、5脚外接调零电位器,3脚为同相输入端,2脚为反相输入端,8脚为空脚。(3)新型集成运放OP07的外接线如图4-16(c)所示。不同类型集成运放的引脚排列和引脚功能是不同的,应用时可查阅产品手册来确定。图4-16几种典型集成运放的外接线4.3.4集成运放的主要参数1.开环差模电压放大倍数Auo在未引入反馈时,集成运放的输出电压与输入差模电压之比称为开环差模电压放大倍数,记作Auo,Auo的理想值为无穷大,实际产品的典型值为105~107,即100~140dB。2.输入电阻ri和输出电阻rori是指在集成运放开环的情况下,差模输入电压与输入电流之比。它的理想值为无穷大,实际值为几百千欧到几兆欧。ri越大,对信号源的影响越小,集成运放的性能越好。ro是指在集成运放开环且不接负载的情况下,输出端对地的交流等效电阻。它的理想值为零,实际值在几十欧左右。ro越小,电路的带负载能力越强,集成运放的性能越好。3.共模抑制比KCMRKCMR用来综合衡量集成运放的放大能力和抗零漂、抗共模干扰的能力,其理想值为无穷大,实际值可达80dB以上。其值越大越好。4.开环带宽BWBW是指开环电压放大倍数随信号频率的升高而下降3dB所对应的频带宽度。BW越宽,集成运放性能越好。4.3.5集成运放的理想特性集成运放性能突出,尽管其应用十分广泛,但其工作区域只有两个,或工作在线性区,或工作在非线性区。在实际应用和分析集成运放电路时,可将实际集成运放视为理想集成运放,这样可大大简化对电路的分析过程。1.理想集成运放的特性(1)开环电压放大倍数Auo→∞。图4-17理想集成运放的等效电路(2)输入电阻ri→∞。(3)输出电阻ro→0。(4)共模抑制比KCMR→∞。(5)开环带宽BW→∞。(6)零输入、零输出,即当uI+=uI-时,uO=0。满足上述理想参数的集成运放称为理想集成运放,其等效电路如图4-17所示。2.关于理想集成运放的两个重点结论(1)理想集成运放的两个输入端的电位差趋于零,即“虚短”。集成Auo即两个输入端的电位近似相等,相当于短路。但内部并没有短路,也不能人为地在外部将其短接,故称为“虚假短路”,简称“虚短”。(2)理想集成运放的输入电流趋于零,即“虚断”。理想集成运放两个输入端满足uI+≈uI-,而输入电阻ri→∞,因此必然没有电流流入集成运放内部,即即两个输入端取用的电流相等且几乎为零,相当于断路。但内部并没有真正断开,故称为“虚假断路”,简称“虚断”。3.集成运放在线性和非线性应用时的条件与分析方法集成运放的电压传输特性如图4-18所示。应用时的工作条件用实际电压传输特性曲线予以说明。图4-18集成运放的电压传输特性(1)工作在线性区(虚线部分)的条件是电路引入深度负反馈,线性区的分析依据是“虚短”和“虚断”,即uI+≈uI-,iI=0(2)工作在非线性区(实线部分)的条件是开环或正反馈状态,分析依据是“虚断”,“虚短”不再适用,即当uI>0,即uI+>uI-时,uO=+Uom;当uI<0,即uI+<uI-时,uO=-Uom。应知应会

知识小结(1)集成电路具有对称性好、用有源元器件代替无源元器件、级间耦合多采用直接耦合方式的特点,分为数字集成电路和模拟集成电路两大类。(2)集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路4部分组成。(3)典型的集成运放

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