模拟电路技术基础 教案 4.4 集成运放线性应用电路 教案

PAGEPAGE24.4集成运放线性应用电路教案课题名称集成运放线性应用电路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4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）了解集成运放线性应用电路的类型；（2）掌握集成运放的比例运算、加法运算、减法运算、积分和微分运算电路的工作原理；（3）掌握集成运放应用于信号转换电路、交流耦合放大器和有源滤波器的工作原理。能力目标：（1）会分析集成运放的比例运算、加法运算、减法运算、积分和微分运算电路；（2）会分析集成运放应用于信号转换电路、交流耦合放大器和有源滤波器。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。教学重点集成运放的比例运算、加法运算（求和）、减法运算、积分和微分运算电路的工作原理。教学难点集成运放应用于信号转换电路、交流耦合放大器和有源滤波器的工作原理。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四集成运放线性应用电路集成运放线性应用电路的类型归纳：4.4.1比例运算电路1．反相比例运算电路（1）电路结构。反相比例运算电路如图4-19所示。其中，uI由反相输入端输入，经反相放大后输出；R1是输入电阻；Rf是反馈电阻；R2是平衡电阻。①反馈类型判别：②平衡电阻R2的作用：（2）输出电压与输入电压的关系。分析工作在线性区集成运放的依据是“虚短”和“虚断”。由“虚断”可知iI+=iI-≈0，可得i1=if，uI+=-R2iI+≈0。由“虚短”可知uI+≈uI-≈0。可见，反相输入端与地等电位，具有接地的特点，这一性质称为“虚地”。“虚地”是所有工作于线性区的理想集成运放在反相输入时具有的共同特性。分析过程：（3）反相比例运算电路的特例—反相器（也称倒相器）。（4）反相比例运算电路应用和分析实例。【例5】理想集成运放如图4-19所示，已知R1=25kΩ、Rf=100kΩ，集成运放的饱和输出电压Uom=12V，试求：（1）输入、输出电阻Ri和Ro，以及平衡电阻R2的大小。（2）输入uI分别为10mV、-10mV、1V、-1V、5V、-5V时对应的输出电压uO。2．同相比例运算电路（1）电路结构。同相比例运算电路图4-22所示。（2）输出电压与输入电压的关系。

（3）同相比例运算电路的特例—电压跟随器。电压跟随器的电路符号如图4-23所示。（4）同相比例运算电路应用和分析实例。【例8】在如图4-25所示的电路中，已知R1=100kΩ，Rf=200kΩ，R2=100kΩ，R3=200kΩ，uI=1V，求输出电压uO。可见，图4-25所示的电路也是一种同相比例运算电路。【例8】重要结论：在同相比例运算电路中，当同相输入端采用电阻分压输入方式时，uI+≠uI，公式不再适用。此时，输出电压的通用公式应为。4.4.2加法运算电路输出电压与若干输入电压之和成比例的电路称为加法运算电路，也称求和电路。它有反相输入和同相输入两种接法。1．反相输入加法运算电路（1）电路结构。（2）输出电压与输入电压的关系。2．同相输入加法运算电路（1）电路结构。（2）输出电压的计算。3．反相输入加法运算电路应用和分析实例。【例11】由理想集成运放构成测量电压的电路中如图4-30所示。已知集成运放的输出端接有满量程为5V、满度电流为500μA的直流电压表，若想得到25V、15V、10V、1V、0.5V几种不同的量程，试求Ri1～Ri5。4.4.3减法运算电路输出电压与若干输入电压之差成比例的电路称为减法运算电路。可以用加法器构成减法运算电路，或者利用差动式电路实现减法运算。1．利用反相信号求和实现减法运算图4-31所示为用加法器构成减法电路。其中，第一级为反相比例放大器，若Rf1=R1，则uO1=-uI1；第二级为反相加法器。

2．利用差动式电路实现减法运算（1）电路结构。（2）输出电压与输入电压的关系。3．差动式电路实现减法运算应用和分析实例。【例13】如图4-34所示，求uO与uI1、uI2的关系。4.4.4积分和微分运算电路积分运算和微分运算互为逆运算，它们被广泛应用于波形的产生和变换中。以集成运放作为放大器，以电阻和电容作为反馈网络，可以实现这两种运算。1．积分运算电路（1）电路结构。积分运算电路如图4-37所示。（2）输出电压与输入电压的关系。（3）积分运算电路的波形变换作用。2．微分运算电路（1）电路结构。（2）输出电压与输入电压的关系。4.4.5集成运放的其他线性应用电路1．信号转换电路（1）电压/电流转换电路。电压/电流转换电路的作用是把输入电压转换为与之成比例的输出电流，有同相输入式和反相输入式两种电路结构，如图4-40所示。（2）电流/电压转换电路。电流/电压转换电路的作用是把输入电流转换为与之成比例的输出电压。电流/电压转换电路如图4-41所示。2．交流耦合放大器交流耦合放大器如图4-42所示。其中，图4-42（a）所示为反相交流耦合放大器，对输入交流信号而言，构成了反相比例放大器；图4-42（b）所示为同相交流耦合放大器，对输入交流信号而言，构成了同相比例放大器。3．有源滤波器（1）滤波器的概念与分类。滤波器的概念：能使有用的频率信号顺利通过而同时抑制无用频率信号的功能电路。滤波器的分类：①按构成器件的不同，可分为无源滤波器和有源滤波器；②按频率特性的不同，可分为低通、高通、带通和带阻4类滤波器；③按电感、电容选频元器件的个数，可分为一阶、二阶和高阶3类滤波器。图4-43所示为4类滤波器的频率特性。（2）有源滤波器简介。由集成运放构成一阶滤波器的类型有多种。信号既可以由同相输入端输入，也可以由反相输入端输入；既可以由输入端实现对滤波特性的控制，也可以通过控制负反馈量的方法来实现对滤波特性的控制。①一阶低通滤波器。同相输入型一阶低通有源滤波器电路如图（a）、（b）所示，滤波特性如图（c）所示。②一阶高通滤波器。同相输入型一阶高通有源滤波器如图4-45所示，读者可自行分析其滤波工作原理。利用上述原理，可构成反相输入型低通/高通滤波器，也可构成带通/带阻滤波器。由于篇幅所限，此处不再赘述。应知应会

知识小结（1）集成运放电路有比例运算电路、加法运算（求和）电路、减法运算电路、积分运算电路、微分运算电路。（2）集成运放的其他线性应用电路有信号转换电路