8.3 集成运算放大器（课件）-《电工电子技术与技能》同步精品课堂（高教版）

《电工电子技术与技能》（高教版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第8章 放大电路与集成运算放大器 8.3集成运算放大器 知识目标 1.学生能够理解集成运算放大器的基本原理和工作机制。 2.学生能够掌握集成运算放大器的基本性能指标，如输入阻抗、输出阻抗、开环增益、带宽等。 能力目标 1.学生能够熟悉集成运算放大器在电路中的常见应用，如信号放大、电压跟随、电压比较、加减法运算等。 2.学生能够了解集成运算放大器在实际工程项目中的应用场景及其重要性。 情感目标 1.学生能够具备独立分析和设计基于集成运算放大器的基本电路的能力。 2.学生能够通过实验验证集成运算放大器的性能和功能，并能够解释实验结果。 3.学生能够运用所学知识解决实际问题，如设计简单的放大电路、滤波电路等. 三维目标 导入情景 01 集成运放的外形、引脚识别及图形符号 集成运放的外形通常有三种：圆壳式、双列直插式和扁平式，其外形与引脚标注如图3.8.15所示。 集成运放的引脚使用时可根据说明书进行查对和辨认。 一般可以 从顶视图看去，从标有特殊记号的地方开始按逆时针方向依次编号。 例如圆壳式运放的标记为凸出头，让凸出头朝向自己，其右方第一个 引出端为引脚1,其余按逆时针围绕，依次为2、3、4…… 集成运放用图3.8.16所示的图形符号表示。 一般电路图中，正 负电源不予画出。此外，在多数产品中还有调零端、频率补偿端及偏 置端等，但一般在图形符号中也不予画出。 新知学习 02 一、集成运算放大器的结构与电路组成 集成运放的电路组成 集成运放主要由输入级、中间级、输出级及偏置电路组成，其组 成框图如图3.8.17所示。 新知学习 02 输入级 一般都采用差分放大电路。它有同相和反相两个输入 端。集成运放只对输入端的差模信号进行线性放大，而对输入的共模信号基本不放大。 即，当集成运放工作在线性区时，输出电压为 uo=A(u₄-u-) 其中，A 为差模电压放大倍数，或称为开环增益。 中间放大级 它一般由一级到两级共射放大电路组成，其放大倍数可达几干倍以上。 输出级 为了降低输出电阻、提高输出功率和带负载能力，输 出级一般由射极输出器或互补推挽电路组成，同时还设有过电流保护电路。 偏置电路 由恒流源或恒压源组成，作用是为各级放大器设置合 适的静态工作点。 一、集成运算放大器的结构与电路组成 新知学习 02 二、理想集成运放 理想集成运放的条件 为了简化分析，常常把集成运放理想化，理想集成运放具有下述 的理想参数：差模电压放大倍数A =0; 差模输入电阻Ra=α; 共模 抑制比Konm=α; 差模输出电阻Roa=0, 输入失调电压、输入失调电 流以及温漂均为零。 切削运动分析： 新知学习 02 理想集成运放线性区的特点 集成运放有两个工作区域，线性区和非线性区。在线性区，集 成运放的差模输入电压与输出电压成正比；在非线性区，输出电压 只有正、负最大值两个状态。集成运放的线性区很窄，要使其工作 在线性放大区，必须加深度负反馈，而正反馈可以使集成运放工作 在非线性区。 二、理想集成运放 切削运动分析： 新知学习 02 2.(1)分析图3.8.18 (a) 所示反相比例运算电路的反馈 类型；(2)建立仿真实验电路[如图3.8.18(b) 所示],输入端加 10mV、1kHz 正弦波，用示波器观察输入、输出端波形相位特点，用 万用表测量输入、输出端电压大小；(3)更改R、R₁ 的数值，再次观 察、记录实验数据，填于表3.8.2中，并进行特性总结。 二、理想集成运放 切削运动分析： 新知学习 02 3.反相、同相比例运算实验电路数据 1)反相比例运算电路，由R₄引入深度负反馈，输出波形相位与 输入波形相位相反，输出电压与输入电压的关系为 (2)同相比例运算电路，由R,引入深度负反馈，输出波形相位与 输入波形相位相同，输出电压与输入电压的关系为 二、理想集成运放 切削运动分析： 新知学习 02 4.反相比例运算电路 图3.8.18(a) 所示是反相比例运算电路，其中输入信号通过限 流电阻R₁ 送到反相输入端，输出通过电阻R 反馈到电路的反相输入 端，同相输入端通过电阻R₂ 接地，R₂ 称为平衡电阻，要求R₂=R₁//R。 同相比例运算电路 图3.8.19 (a) 所示是同相比例运算电路，输入信号通过R₂ 接到 集成运放的同相输入端，输出电压u。通过R 反馈到集成运放的反相输 入端。电阻R₂ 起平衡作用，且R₂=R₁//Rr。 二、理想集成运放 切削运动分析： 新知学习 02 虚短 集成运放工作在线性区时，理想情况下由于A=o, 而输出电压u₀为有限值，则根据式(3.8.13)可得： u₄-u_=0, 即 U+=u_ 此式说明，理想集成运放同相输入端电位等于反相输入端电位， 类似短路，但不是真正的短路(因为理想运放是不存在的),故称为“虚短”。 二、理想集成运放 切削运动分析： 新知学习 02 1.集成运算放大器简称集成运放，集成运放以其体积小、质量小、 耗电省、性能优良、通用性强等优点，在某些电子设备中已基本上取 代了分立元器件构成的放大电路。 三、 理想集成运放 新知学习 02 3.中间放大级 它一般由一级到两级共射放大电路组成，其放大倍 数可达几干倍以上。 输出级 为了降低输出电阻、提高输出功率和带负载能力，输 出级一般由射极输出器或互补推挽电路组成，同时还设有过电流保 护电路。 偏置电路 由恒流源或恒压源组成，作用是为各级放大器设置合 适的静态工作点。 三、 理想集成运放 小试牛刀 题目 1： 集成运算放大器的主要功能是什么？ A. 放大电流 B. 放大电压 C. 放大功率 D. 放大电阻 答案：B 解析：集成运算放大器（Op-Amp）的主要功能是放大电压。它接收一个小的差分输入电压，并产生一个放大了的输出电压。它不直接放大电流、功率或电阻。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 集成运算放大器的哪个性能指标表示其对输入信号的放大倍数？ A. 输入阻抗 B. 输出阻抗 C. 开环增益 D. 带宽 答案：C 解析：开环增益是集成运算放大器在没有反馈时，输出电压与输入电压之比。它表示了放大器对输入信号的放大倍数。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 在理想情况下，集成运算放大器的输入阻抗和输出阻抗分别是多少？ A. 输入阻抗无限大，输出阻抗无限小 B. 输入阻抗无限小，输出阻抗无限大 C. 输入阻抗和输出阻抗都无限大 D. 输入阻抗和输出阻抗都无限小 答案：A 解析：在理想情况下，集成运算放大器的输入阻抗无限大，这样它对输入信号的影响就非常小；输出阻抗无限小，使得它能够驱动各种负载而不影响输出电压。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 集成运算放大器在电路中常用来实现什么功能？ A. 滤波 B. 振荡 C. 稳压 D. 所有以上 答案：D 解析：集成运算放大器在电路中可以实现多种功能，包括滤波（如低通、高通、带通等）、振荡（如正弦波振荡器）、稳压（如作为电压基准源）等。 尝试解答下面习题 题目 5： 集成运算放大器的哪个引脚通常用作反相输入？ A. "+" B. "-" C. "Vcc" D. "Vee" 答案：B 解析：在集成运算放大器中，"-" 引脚通常用作反相输入，而 "+" 引脚用作同相输入。"Vcc" 是正电源引脚，"Vee" 是负电源引脚。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 集成运算放大器构成的反相放大器中，反馈电阻的作用是什么？ A. 减小输出电阻 B. 增大输入电阻 C. 控制放大倍数 D. 提高稳定性 答案：C 解析：在反相放大器中，反馈电阻的作用是通过与输入电阻的分压关系，控制输出电压与输入电压的比值，即放大倍数。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 集成运算放大器构成的电压跟随器（Buffer Amplifier）具有什么特点？ A. 高输入阻抗，低输出阻抗 B. 低输入阻抗，高输出阻抗 C. 高输入阻抗，高输出阻抗 D. 低输入阻抗，低输出阻抗 答案：A 解析：电压跟随器是一种特殊的放大器，其输出电压几乎等于输入电压，但具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗。这使得它能够隔离电路中的其他部分，同时提供稳定的输出电压。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 反相比例运算电路如图3.8.18 (a) 所示，试根据理想集成运放 线性区特点分析其输入、输出电压关系，并计算u₁=5V,R₁=10k2, R₄=20k2 时，输出电压u₀及平衡电阻R₂ 的值。 解：根据“虚短”,u₄=u; 根据“虚断”,i,=i_=0, 可得un₂=0,u_=u=0 i₁=ig 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 试判断图3.8.20所示电路工作在什么区，哪些有“虚短”、 “虚地”、“虚断”的特点，各构成了什么功能的电路。 解： 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 在本节课中，我们深入探讨了集成运算放大器的基本原理、性能特点以及应用。通过详细讲解和实例分析，同学们对集成运算放大器有了更加全面的认识。我们不仅学习了它的内部结构和工作原理，还了解了它在电子系统中的重要作用。课堂上，大家积极参与讨论，对集成运算放大器的应用提出了许多有见地的看法。 此外，我们还通过实验验证了集成运算放大器的性能，加深了同学们对理论知识的理解和应用。希望大家能够将所学知识运用到实际项目中，不断探索和创新。通过本节课的学习，相信同学们已经掌握了集成运算放大器的基本知识，为后续课程的学习打下了坚实的基础。 在未来的学习和实践中，希望大家能够继续保持这种热情和探索精神，不断深化对电子技术的理解，努力成为优秀的电子工程师。同时，也要注重团队合作和沟通交流，共同解决问题，推动电子技术的不断进步。本节课虽然结束，但我们的学习之旅才刚刚开始，期待大家在接下来的学习中取得更大的成就！ 作业布置 04 1.简述集成运算放大器的基本工作原理，并列出其主要的性能指标。 2.解释开环增益和闭环增益的区别，并举例说明它们在电路中的应用。 3.列举集成运算放大器在电子系统中的三个主要应用，并简要说明其工作原理 感谢观看 $$