《电工电子技术》 课件 项目八 放大电路与集成运算放大器

项目八放大电路与集成运算放大器2024年12月校训：志存高远

技能报国项目八

放大电路与集成运算放大器任务导入在通信、自动控制、测量等领域，通常需要将微弱的电信号放大到便于测量和应用的数值。放大电路一般由电压放大和功率放大两部分组成。先由电压放大电路将微弱信号加以放大去驱动功率放大电路，再由功率放大电路输出足够大的功率去驱动执行元件。电压放大电路通常工作在小信号情况下，而功率放大电路通常工作在大信号情况下。在工业电子技术中，常用的交流放大电路是低频放大电路，其工作频率范围通常为20～20000Hz。电子设备中的放大电路，通常要求其放大倍数稳定，输入输出电阻、通频带、传输信号精度等要满足实际使用的要求。为了改善放大电路的性能，需要在放大电路中引入负反馈。集成运算放大器（简称运放）是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路，运算放大电路与外部电阻、电容等构成具有反馈环节的闭环电路后，能对各种模拟信号进行线性和非线性运算。项目八

放大电路与集成运算放大器教学目标知识目标1.了解放大电路的概念，熟悉放大电路的组成及各组成元件的作用。2.理解单管共发射极放大电路的工作原理，掌握放大电路信号放大及倒相作用。3.了解动态分析的含义；熟悉动态分析的微变等效电路法。4.理解放大电路中反馈的概念；了解各类负反馈放大电路的基本特点。5.能识别负反馈放大电路类型；熟悉负反馈对放大电路性能的影响。6.了解集成运算放大器的基本概念；掌握其图形符号和文字符号。能力目标1.会分析基本放大电路、稳定工作点放大电路。2.能够根据需要选择集成运算放大器。项目八

放大电路与集成运算放大器教学目标素质目标1.培养学生会分析放大电路、应用放大电路的能力。2.能运用理想化条件分析线性集成运算放大电路。思政目标通过学习放大电路与集成运算放大器这一专业领域的重要知识，帮助学生树立对电子工程专业的认同感和自豪感。同时，引导学生思考自己的职业发展方向和目标，为未来的职业规划奠定基础。项目八

放大电路与集成运算放大器重难点1.基本放大电路、稳定工作点的放大电路的分析。2.集成运算放大器的线性应用。3.负反馈的类型及判别方法。项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路知识目标1.掌握放大电路的组成。2.理解放大电路的分析方法。能力目标会分析基本放大电路。素质目标培养学生会分析放大电路、应用放大电路的能力。思政目标通过分析单管基本放大电路的工作原理，如信号输入、放大、输出等过程，引导学生认识到任何事物的发展都是多因素综合作用的结果。鼓励学生学会从多个角度审视问题，用辩证的思维去分析事物的本质和内在联系。重难点放大电路的组成及分析。项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路（一）放大电路的组成1.单管低压放大电路的组成

最基本的共发射极放大电路由三极管、直流电源、电阻和电容组成。为了不失真地放大交流信号，必须按以下三个原则组成放大电路。（1）保证三极管工作在放大状态，即发射结正向偏置，集电结反向偏置。（2）保证信号畅通。待放大的输入信号能够从放大电路的输入端加到三极管的发射结上，经过放大后能顺利地从输出端输出。（3）保证放大电路不失真地放大信号，即放大后的输出信号波形要与输入信号波形一致。项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路共发射极基本放大电路下图为根据以上原则由NPN型三极管（如果采用PNP型管，则电源、电容C1和C2的极性都反向）组成的电压放大电路，它由直流电源、三极管、电阻和电容组成。项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路2.各元件的作用（1）三极管VT。（5）集电极负载电阻RL（2）集电极直流电源（4）耦合电容C1、C2（3）基极电阻RBText项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路（二）放大电路的分析1.直流通路和交流通路

在信号输入-放大-输出的过程中，交、直流量是共存的。为了分析问题方便，常将它们分开考虑。静态分析时只分析电路中的直流通路，动态分析时应考虑电路的交流通路。项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路基本共发射极电路的直流通路和交流通路项目八

放大电路与集成运算放大器2.静态分析任务一单管基本放大电路

（1）估算法——根据放大电路的直流通路确定静态值。

（2）用图解法确定静态值。项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路（1）图解法。①交流负载线。②放大电路各极电压、电流图解分析。项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路交流负载线项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路共发射极放大电路各极电压和电流信号的波形项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路（2）放大电路的微变等效电路分析法。①三极管的微变等效电路。②电压放大倍数的计算。项目八

放大电路与集成运算放大器任务一单管基本放大电路三极管输入回路的等效电路三极管输入特性曲线项目八

放大电路与集成运算放大器三极管输出回路的等效电路三极管输出特性曲线任务一单管基本放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器固定偏置放大电路的微变等效过程任务一单管基本放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器任务二分压式偏置放大电路知识目标理解分压偏置放大电路的构成及电路原理。能力目标会分析稳定工作放大电路。素质目标培养学生会分析放大电路、应用放大电路的能力。思政目标通过对比分析分压式偏置放大电路和单管基本放大电路，让学生认识到不同电路类型在电子系统中的应用场景和重要性。鼓励学生对电路设计进行探究和创新。提出改进电路性能的可能性，如采用新的元件、优化电路布局等，并引导学生通过实验验证其可行性。重难点分压式偏置放大电路的原理。项目八

放大电路与集成运算放大器任务二分压式偏置放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器分压式偏置放大电路（一）放大电路的组成任务二分压式偏置放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器1.静态工作点的稳定过程

（1）利用RB1、RB2分压来得到固定的基极电位VB。

（2）利用发射极电阻RE。任务二分压式偏置放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器2.静态工作点的估算分压式偏置电路的直流通路任务三多级放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器知识目标1.了解多级放大电路的构成。2.理解多级放大电路的原理。能力目标会分析多级放大电路。素质目标培养学生多级放大电路的应用能力。思政目标多级放大电路由多个单级放大电路组成，它们之间相互关联、相互影响。通过学习多级放大电路，引导学生从系统的角度看待问题，理解各部分之间的协同作用，培养学生的系统思维能力。重难点阻容耦合放大电路的组成及原理。任务三多级放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器多级放大电路的组成框图前面分析的放大电路都是由一个三极管组成的单管放大电路，它们的放大倍数是极有限的，通常只有数十倍。然而在实际应用中，放大电路的输入信号一般都是很微弱的，需要将微弱的输入信号放大几千倍，获得足够的电压幅值和功率，才能驱动负载工作。因此，常将若干单级放大电路连接起来组成多级放大电路，如图所示。任务三多级大电路项目八

放大电路与集成运算放大器（一）阻容耦合放大电路的组成及原理阻容耦合任务三多级放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器（二）直接耦合直接耦合任务三多级放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器（三）变压器耦合变压器耦合任务三多级放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器（四）光耦合光耦合任务三多级放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器（五）多级放大电路的分析1.电压放大倍数多级放大电路对被放大的信号而言，属串联关系。前一级的输出信号就是后一级的输入信号。设各级放大电路的电压放大倍数依次为Au1、Au2、…、Aun，则输入信号ui被第一级放大电路放大后输出电压成了Au1ui，经第二级放大电路放大后的输出电压成为Au1Au2u1，以此类推，通过n级放大电路放大后，输出电压为Au1Au2Au3…Aunui。所以，多级放大电路总的电压放大倍数为各级电路电压放大倍数之积，即项目八

放大电路与集成运算放大器Au=Au1Au2…Aun式中，Au1、Au2、…、Aun-1为有负载时的电压放大倍数，其负载为相应后级的输入电阻；Aun则视具体电路而定。电压放大倍数在工程中常用对数形式来表示，称为电压增益，用字母Gu表示，单位为分贝（dB）：Gu=20lg︱Au︱若用分贝表示，则总增益为各级增益的代数和，即G=20lg︱Au1Au2…Aun︱=20lg︱Au1︱+20lg︱Au2︱+…+20lg︱Aun︱=Gu1+Gu2+…+Gun任务三多级放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器2.输入电阻和输出电阻多级放大电路的输入电阻和输出电阻与单级放大电路类似。其输入电阻是从输入端看进去的等效电阻，也就是第一级的输入电阻；输出电阻是从输出端看进去的等效电阻，即最后级的输出电阻。3.非线性失真晶体管的输入特性曲线不是直线；输出特性曲线簇中，每一条输出特性曲线也不完全是直线，其间隔也不完全相等。这就导致了输入输出特性的非线性，经放大电路放大后的输出信号波形与输入信号波形相比总是有一些变异，称为波形失真。这种变异是由晶体管的非线性特性引起的，所以这种波形失真又称非线性失真。任务三多级放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器另外，如果放大电路的静态工作点选得不恰当或输入信号幅度过大，信号进入晶体管的截止区或饱和区而造成波形失真，这种失真分别称为截止失真和饱和失真，如图4-38所示，它们均属于非线性失真。对任何放大电路，总希望它的非线性失真越小越好。在多级放大电路中，由于各级均存在失真，则输出端波形失真更大。要减小输出波形的失真，就要尽力克服各单级放大电路的失真。单管共射放大电路非线性失真波形任务三多级放大电路项目八

放大电路与集成运算放大器任务四负反馈放大器知识目标1.理解放大电路中反馈的概念。2.了解各类负反馈放大电路的基本特点。能力目标1.能识别负反馈放大电路类型。2.熟悉负反馈对放大电路性能的影响。素质目标培养学生应用负反馈放大器的能力。思政目标引导学生关注工程伦理问题，如电路的稳定性是否足够以防止意外发生、电路是否会对环境产生不良影响等。通过案例分析和讨论，强化学生的工程伦理意识和社会责任感。重难点负反馈的类型及判别。项目八

放大电路与集成运算放大器一、反馈的基本概念凡是将放大电路输出信号Xo（电压或电流）的一部分或全部通过某种电路（反馈电路）引回到输入端，就称为反馈。若引回的反馈信号削弱输入信号而使放大电路的放大倍数降低，则称这种反馈为负反馈；若反馈信号增强输入信号，则称为正反馈。本节主要讲解负反馈。下图所示分别为无负反馈的基本放大电路和带有负反馈的放大电路的框图。显然，任何带有负反馈的放大电路都包含基本放大电路和反馈电路两部分。输入信号Xi与反馈信号Xf在处叠加后产生净输入信号Xd（Xd=Xi-Xf）。基本放大电路（开环）的放大倍数A=Xo/Xd，反馈电路的反馈系数F=Xf/Xo，带有负反馈的放大电路（闭环）的放大倍数Af=Xo/Xi。任务四负反馈放大器反馈放大电路框图项目八

放大电路与集成运算放大器任务四负反馈放大器二、反馈类型的判别方法在负反馈放大器中，反馈信号可取自输出电流或输出电压，反馈信号在输入端可以串联或并联连接。因此根据输出端的反馈信号取样和与输入端的连接方式，负反馈有电压反馈和电流反馈；并联反馈和串联反馈。有四种组态：电压串联负反馈、电压并联负反馈

、电流串联负反馈、电流并联负反馈

，如图所示。

1.负反馈的类型项目八

放大电路与集成运算放大器任务四负反馈放大器负反馈电路的反馈形式项目八

放大电路与集成运算放大器任务四负反馈放大器2.负反馈放大电路的判别一个具有反馈环节的放大电路，为了判别反馈极性是正反馈还是负反馈，通常采用瞬时极性法。先假定输入端交流信号处于某一瞬时极性，然后根据放大电路的集电极与基极瞬时极性相反，发射极与基极瞬时极性相同的关系，逐级地推出有关节点电压的瞬时极性，并在图中用“+”、“-”表示出来，如图所示。然后再判断反馈到输入端的信号瞬时极性。项目八

放大电路与集成运算放大器任务四负反馈放大器

瞬时极性项目八

放大电路与集成运算放大器任务四负反馈放大器三、负反馈对放大器性能的影响1.降低了放大倍数2.提高了放大倍数的稳定性3.减小非线性失真4.改变输入、输出电阻项目八

放大电路与集成运算放大器任务四负反馈放大器项目八

放大电路与集成运算放大器任务五集成运算放大器知识目标1.了解集成运算放大器的基本概念。2.掌握集成运算放大器的图形符号和文字符号。能力目标能够识别不同类型的集成运算放大器，并能根据实际需要选择放大器。素质目标能运用理想化条件分析线性集成运算放大电路思政目标

阐述我国在集成运算放大器领域的自主研发历程和重要成果。例如，提及我国在高速、高精度、低功耗等特定领域的集成运算放大器研发上所取得的突破，以及这些成果在国防、通信、医疗等领域的实际应用。通过展示国内在集成运算放大器技术上的进步和贡献，激发学生的爱国情怀和民族自豪感。重难点集成运算放大器的线性应用。项目八

放大电路与集成运算放大器一、集成运放的结构及符号任务五集成运算放大器1.集成运放的结构集成运放的组成框图2.集成运放的符号任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器集成运放的管脚排列方式（a）双列直插式

（b）金属圆壳式任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器2.集成运放的符号（a）

实物图（

b）管脚图

（c）外部接线符号

（d）图形符号任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器二、集成运放的主要参数1.开环电压放大倍数（差模电压放大倍数）是指集成运放在没有外接反馈电路时，输入端加一小信号，测得的差模电压放大倍数，即

（8-29）任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器2.共模抑制比

共模抑制比反映了集成运放对共模输入信号的抑制能力。它定义为差模电压放大倍数

与共模电压放大倍数

之比的绝对值，若用分贝为单位，即

（8-30）任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器3.差模输入电阻

是指集成运放开环时，输入电压变化与由电压变化引起的电流变化之比。4.差模输出电阻

的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。5.最大输出电压最大输出电压

是指在额定的电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰-峰值，有时也称动态输出范围，其值不可能超出电源电压值。任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器三、理想集成运算放大器1．理想集成运放及电压传输特性集成运放理想化的条件是：

差模输入电阻

开环输出电阻

共模抑制比

开环电压放大倍数

任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器2．理想运放的两个重要结论1）虚短2）虚断任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器四、集成运放的基本应用电路

（一）反相输入比例运算电路反相输入比例运算电路任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器（二）同相输入比例运算电路同相输入比例运算电路任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器（三）集成运放的线性应用1.加法运算电路加法运算电路任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器2.减法运算电路减法运算电路任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器3.积分运算电路积分运算电路任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器4.微分电路微分电路任务五集成运算放大器项目八

放大电路与集成运算放大器五、集成运放使用中的问题1.消振2.调零项目小结项目八

放大电路与集成运算放大器（1）基本放大电路的组成。为了不失真的放大交流信号，放大电路