第三章常用放大器（教案）-《电子技术基础与技能》同步教学（机械工业出版社第3版）

第三章 教案 授课班级 课程名称 电子技术基础与技能 教学内容 集成运放的理想化及基本电路 课堂类型 学时 学时 授课时间 教学目的 1、集成运放的理想化及基本电路 2、集成运放的主要参数 教学重、难点 教学重、难点：集成运放的理想化及基本电路 教学内容及步骤 备注 3.1 集成运算放大器 3.1.1 集成运放的理想化及基本电路 【基本电路】图3-2所示为集成运算放大器内部结构，由图可以看出内部电路有四部分：高阻抗输入级、中间放大级、低阻抗输出级和偏置电路。 高阻抗输入级：是影响集成运放工作性能的关键级，一般由差动放大电路组成,作为集成运放的输入级，它有两个输入端。其中一端为同相输入端、输入信号在该端输入时，输出信号与输入信号相位相同；另一端为反相输入端，输入信号在该端输入时，输出信号与输入信号相位相反。 中间放大器：由高增益的电压放大电路组成。 低阻抗输出级：由晶体管射极输出器互补电路组成。 偏置电路：为集成运放各极提供合适而稳定的静态工作点。 其中“ ”表示放大器，三角所指方向为信号传输方向，AUO表示该放大器的开环电压放大倍数。输入端“＋”（或P）表示同相输入端，“－”（或N）表示反相输入端。 【理想化集成运放】为了便于对集成运放电路进行分析，通常将集成运放视为理想器件。理想化集成运放的条件是： 1）开环差模电压放大倍数AUO=∞； 2）输入电阻ri==∞； 3）输出电阻rO=0； 4）共模抑制比KCMR=∞。 显然，实际应用的集成运放不可能达到上述理想的技术指标，但随着集成电路制作工艺及微电子技术的高速发展，其技术指标可与理想集成运放的技术指标非常接近。因此，在分析集成运放电路时，其带来的误差并 不大，在工程上是允许的。本章中我们均将集成运放作为理想集成运放来处理。根据以上的理想条件可推导出以下两个重要结论。 1）虚短：理想集成运放的两输入端电位差趋于零（简称虚短），即u+-u-≈0（可认为u+=u-）。 2）虚断：理想集成运放的输入电流趋于零（简称虚断），即ii≈0（可认为ii=0） 这两个结论是分析集成运放电路的重要依据，可简化分析和计算过程。 3.1.2 集成运放的主要参数 为了正确合理地选择和使用集成运放，必须了解集成运放的主要性能参数。 【开环差模电压增益AUO】指集成运放在无反馈情况下的差模电压放大倍数，它是影响运算精度的重要指标。AUO有两种表示方法，一种直接表示为10n倍；另一种用对数表示，即20lgAUO，单位是分贝（dB）。目前，高增益的集成运放可达140dB左右，理想情况下可认为AUO为无穷大。 【输入失调电压UIO】由于集成运放高阻抗输入级电路不对称，欲使输入为零时输出电压为零，必须要在输入端另加补偿电压，这个电压的数值便为输入失调电压，它反映了集成运放的失调程度。一般UIO值在1～10mV，其值越小越好。 【输入失调电流IIO】由于工艺上的误差，输入信号为零时，集成运放两输入端的静态电流不相等，其差值称为输入失调电流。它的大小也衡量了输入级的对称性，IIO一般在100nA以下，高质量的集成运放应在1nA以下。 【共模抑制比KCMR】 电路开环状态下，差模放大倍数AuD与共模放大倍数AuC之比，即KCMR=AuD/AuC。 它是衡量集成运放输入级各参数对称程度的标志，也反映集成运放对共模信号的抑制能力。一般集成运放的KCMR在80dB以上，高质量的可达160dB。 【输出峰-峰电压UOPP】又称输出电压动态范围，指集成运放处于空载时，在一定电源电压下输出的最大不失真电压的峰-峰值。 此外，还有输入电阻、输出电阻、温度漂移、转换速率、静态功耗及输入偏置电流等性能指标，必要时可查阅产品说明书，这里不详细介绍。 第三章 教案 授课班级 课程名称 电子技术基础与技能 教学内容 反馈的基本概念及判断方法 课堂类型 学时 学时 授课时间 教学目的 1、反馈的基本概念 2、反馈的类型与判断方法 教学重、难点 教学重、难点：反馈的类型与判断方法 教学内容及步骤 备注 3.1.3 反馈的基本概念及判断方法 反馈理论及反馈技术在自动控制、信号处理电子电路及电子设备中都得到了广泛的应用，有着十分重要的作用。在集成运放中，负反馈作为改善器件性能的重要手段而备受重视。 【反馈的基本概念】所谓反馈，是指将系统或电路中输出信号（电压或电流），通过一定的网络，送回到输入端，并同输入信号一起参与放大器的输入控制作用，从而使放大器的某些性能获得有效改善的过程。 例如在第2章中讨论过的分压式射极偏置电路就是利用“反馈”来稳定静态工作点的。即 T（温度）↑→IcQ（输出量）↑→UeQ（≈IcQRe）↑→UbeQ