集成运放及其理想特性(1)

- 50 - 课 题 第一节 集成运放及其理想特性 第二节 反馈放大器 课 型 新课

授课班级 授课时数 2

教学目标 1．了解集成运放的电路组成和图形符号。 2．掌握集成运放的性能指标和理想特性。 3．掌握反馈的基本概念及反馈性质的判别，了解反馈的类型。 4．了解负反馈对放大器性能的影响。

教学重点 1．集成运放的性能指标和理想特性。 2．反馈的概念及反馈性质的判别方法。

教学难点 反馈类型的判别。

学情分析 教学效果

教后记 - 51 -

新课 A．引入 集成运算放大器是一种高输入阻抗、低输出阻抗、高电压增益的直接耦合放大器。它不仅能放大交流信号，而且还能放大频率接近于零的缓慢变化信号，或极性固定不变的直流变化量，这是阻容耦合和变压器耦合放大器力所不及的。 B．新授课 第一节 集成运放及其理想特性 一、集成运放的电路组成 1． 输入级 输入级是接受微弱电信号、抑制零漂的关键一级，决定整个电路性能指标的优劣。 输入级均采用带恒流源的差分放大器。能有效抑制零漂、具有较高的输入阻抗及可观的电压增益。 2．中间级 主要任务是提供足够的电压增益，又称放大级。采用恒流源负载共发射极放大电路。往往还附有射极跟随器，用以隔离中间级与输出级的相互影响，兼作电位移动。 3．输出级 采用射极（源极）输出器或互补对称电压跟随器组成。 要求：输入阻抗高，输出阻抗低，电压跟随性好。以减小或隔离与中间级的相互影响，提高带负载能力。 4．偏置电路 偏置电路由各种恒流源、微电流源组成。任务是为集成运放各级提供合适的偏置电流。 二、集成运放的外形和图形符号 1．外形 （引入集成运放的概念）

（引导学生参考教材资料） - 52 -

集成运放的外形封装有圆壳式、扁平式和双列直插式三种。 双列直插式引脚排列规则：将半圆凹口标记置于左方，自下而上逆时针转向可读出各引脚的递增序号。 2．图形符号

“∞”表示开环增益极高。 3．集成运放F324

特点：具有较宽的工作电压范围，并且既可采用双电源工作，又能可采用单电源工作。

三、集成运放的性能指标

1．开环差模增益dvA 无反馈时集成运放差模电压增益，称为开环差模增益，记作dvA。 它等于开环情况下，输出电压与输入差模电压之比。)(-OdVV/VAv，或用分贝表示dBlg20dvA。

dvA越大，集成运放性能越好。 2．输入失调电压IOV 当输入电压为零时，为了使放大器输出电压也为零，在输入端外加的补偿电压，反映了运放的失调程度。IOV越小，运放性能越好。

（展示实物）

（引导学生参考教材） - 53 -

．输入失调电流IOI 输入电压为零时，两个输入端输入电流之差，称为输入失调电流IOI。数值越小越好。 4．输入偏置电流IBI（或GI） 输入电压为零时，两个输入端静态偏置电流的平均值，称为输入偏置电流IBI（或

GI）。 5．差模输入电阻idr 指电路开环情况下，差模输入电压与输入电流之比。idr越大，运放性能越好。 6．开环输出电阻or 电路开环情况下，输出电压与输出电流之比。or越小，运放性能越好。 7．最大差模输入电压idmV 两个输入端间所允许的最大共模电压。超过此电压，输入管将反向击穿。可达十几伏三十几伏。 8．最大共模输入电压icmV 两个输入端间所允许的最大共模输入电压。超过此电压，输入级无法正常工作。可达几伏~二十几伏。 9．共模抑制比CMRK 电路开环情况下，差模放大倍数dvA与共模放大倍数cvA之比。CMRK越大，表明分辩有用信号的能力愈强受共模干扰及零漂的影响越小，性能越优良。用分贝表示CMRK= 20lg（dvA/cvA）dB一般约7080dB以上。 10．增益带宽积 增益带宽积是开环差模增益dvA与开环通频带之积，最高可达数千兆赫。 11．转换速率SR 单位时间内对电压变化的响应范围。最高可达数千伏每微秒。

四、集成运放的理想特性 1．集成运放的理想特性： （1）开环差模增益dvA为无穷大，即dvA→； （2）差模输入电阻idr为无穷大，即idr→； （3）开环输出电阻or为零，即or0； （）共模抑制比为无穷大，CMRK→； （5）开环通频带无限宽，即BW→。 2．理想运放的图形符号 “”表示开环电压放大倍数为无穷大的理想化条件。 （引导学生参考教材） （讲解） - 54 -

3．集成运放的传输特性 输出特性分为线性区和非线性区（饱和区）。 当运放工作在线性区时，输出电压OV与输入电压IDV（VV）呈线性关系：

dOvAVIDV=dvA（VV） 虚短：理想运放两输入端电位相等，好似短接但不是实际的短接，称为“虚短接”或“虚短”。 虚断：理想运放两输入端无电流，好似断开但不是实际的断开，称为“虚断开”，或“虚断”。 “虚短”或“虚断”是集成运放特有的极限状态或理想特性。

第二节 反馈放大器 一、反馈放大器及其分类

反馈：把放大器输出信号，按一定路径馈送到输入端的过程称为反馈。 反馈放大器：施加反馈的放大器称为反馈放大器。 反馈放大器组成：基本放大器（主网络）A和反馈网络F构成的闭合环路，简称闭环。 1．正反馈和负反馈 正反馈：反馈信号fx的加入使净输入信号iixx'，这种反馈称为正反馈。 负反馈：反馈信号fx的加入使净输入信号iixx'，这种反馈称为负反馈。 采用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈。 瞬时极性法：fx与ix同极性，则为正反馈；fx与ix反极性，则为负反馈。 2．直流反馈和交流反馈

（讲解） （分析，讲解）

（讲解） - 55 -

直流反馈：如果反馈网络F把放大器输出直流量馈送到输入端，则该放大引入的反馈称为直流反馈。 交流反馈：把交流输出信号馈送到输入端的过程称为交流反馈。

eR引入的为直流反馈。eC引入的为交流反馈。 3．电压反馈与电流反馈 电压反馈：反馈信号取自输出电压，称为电压反馈。如图（a）。 电流反馈：反馈信号取自输出电流，称为电流反馈。如图（b）。 判断方法：若反馈信号取自放大管的信号电压输出极，则为电压反馈，如图（a）、（c）。反馈信号取自放大管的非信号电压输出极，则为电流反馈，如图（b）、（d）。

4．串联反馈与反馈 串联反馈：反馈信号串接于输入回路的方式称为串联反馈。 并联反馈：反馈信号并接于输入回路的方式称为并联反馈。 判断方法：若反馈信号与输入信号一并送到放大管的输入极，则为并联反馈，如图（c）、（d）。否则，反馈信号送到放大管的非信号输入极，则为串联反馈。如图（a）、（b）。 [例 3-1] 试判别图示两电路中，前后两级放大器之间是否有反馈。若有反馈，试判别反馈类型。 解：（1）判别级间有无反馈

（讲解） （引导学生分析） - 56 -

图示电路都是由两级共发射极放大器组成的，fR将后级的输出回路与前级的输入回路联系起来。因此，电路级间存在反馈。 （2）判别是电压反馈还是电流反馈 图（a）中，反馈信号取自VT2的信号电压输出极，因而是电压反馈；图（b）中反馈信号取自VT2的非信号电压输出极，所以是电流反馈。 （3）判断是串联反馈还是并联反馈 图（a）中，反馈信号送入VT1的非信号输入极，因而是串联反馈；图（b）中反馈信号与输入信号一并送入VT1的信号输入极，所以是并联反馈。 （4）判断是正反馈还是负反馈 瞬时极性法：先在放大器输入端设定输入信号对地的极性为“+”或“”，再依次接相关点的相位变化情况推出各点信号对地的交流瞬时极性，再根据反馈到输入端的反馈信号对地的瞬时极性判断，若使原输入信号减弱是负反馈，使原输入信号增强是正反馈。 则图（a）、（b）均为负反馈。 综上分析，图（a）引入了电压串联负反馈；图（b）引入了电流并联负反馈。

[例 3-2] 试判别图示各电路的反馈类型。 解：图（a）中，反馈信号fv取自输出电压Ov，净输入电压ifidvvvv，故电路为电压串联负反馈放大电路。 图（b）中，反馈电压fv取自输出电流Oi，净输入电压ifidvvvv，故电路为

（引导分析）

（学生讨论完成） - 57 -

电流串联反馈负放大电路。 图（c）中，反馈电流fi取自输出电压Ov，净输入电流ifiiiiii'，故电路为电压并联反馈负放大电路。 图（d）中，反馈电流fi取自输出电流Oi，净输入电流ifiiiiii'，故电路为电流并联反馈负放大电路。

二、闭环增益的一般表达式 反馈系数：接入负反馈后，将反馈信号fx与输出信号ox之比，定义为反馈系数F。 of/xxF 因为'iioifi'iAFxxFxxxxx 所以)(1i'iAF/xx 又因为oioio)(iAFxAxFxxAAxx' 则负反馈放大器增益的一般表达式： )/(1iofAFAx/xA 引入负反馈后，放大器的闭环放大倍数降低了，且降低开环增益的AF。 反馈深度：（1+AF）反映了反馈的强弱程度，被称为反馈放大器的反馈深度。 当（1+AF）>> 1时， FAF/AAFAA1/)/(1f 说明闭环深度反馈时，增益仅与反馈系数有关，与开环增益无关，由于反馈环节一

（讲解）