集成運(yùn)算放大器教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)校名稱：重慶市科能高級(jí)技工學(xué)校部門：智能工程系課題名稱項(xiàng)目四安裝調(diào)試音頻前置放大器任務(wù)二集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介所屬課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教材版本《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》劉曉書王毅主編北京理工大學(xué)出版社教學(xué)對(duì)象機(jī)電類專業(yè)二年級(jí)學(xué)生學(xué)時(shí)2-4學(xué)時(shí)一、教學(xué)主要內(nèi)容1、集成運(yùn)放的外形、組成和符號(hào)2、集成運(yùn)放的主要參數(shù)3、理想集成運(yùn)放的分析方法4、各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)5、常用集成運(yùn)放芯片的識(shí)別二、教學(xué)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)1.養(yǎng)成安全的行為規(guī)范，注重人身安全和設(shè)備安全；2.注重職業(yè)責(zé)任心、職業(yè)情感、紀(jì)律意識(shí)的養(yǎng)成，逐步養(yǎng)成學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)；3.培養(yǎng)學(xué)生相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，解決操作過(guò)程遇到的隨機(jī)問(wèn)題。知識(shí)目標(biāo)1.掌握集成運(yùn)放的外形、組成和符號(hào)。2.了解集成運(yùn)放的主要參數(shù)。3.掌握集成運(yùn)放的分析方法。技能目標(biāo)能分析集成運(yùn)放的“虛斷”和“虛短”三、教學(xué)重難點(diǎn)（一）教學(xué)重點(diǎn)：能分析集成運(yùn)放的“虛斷”和“虛短”（二）教學(xué)難點(diǎn)：能分析集成運(yùn)放的“虛斷”和“虛短”四、教法與學(xué)法本著以“行動(dòng)為導(dǎo)向，工學(xué)一體”的設(shè)計(jì)理念，采用“教學(xué)做一體”的教學(xué)形式。課堂采用行動(dòng)導(dǎo)向六步法的項(xiàng)目教學(xué)法和仿真實(shí)驗(yàn)法，學(xué)法才用了自主探究法、分組實(shí)驗(yàn)法和任務(wù)驅(qū)動(dòng)法。教法：行動(dòng)導(dǎo)向法、仿真實(shí)驗(yàn)法學(xué)法：自主探究法、分組實(shí)驗(yàn)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法五、教學(xué)資源及手段本課程資料較完備，動(dòng)畫，作業(yè)，測(cè)試等模塊均已實(shí)際運(yùn)用；同時(shí)通過(guò)學(xué)習(xí)通進(jìn)行課堂教學(xué)的應(yīng)用，及新教學(xué)資源的生成；引導(dǎo)學(xué)生使用EWB仿真軟件，進(jìn)行電路仿真。大力推薦學(xué)生主動(dòng)利用發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)資源，獲取更多的優(yōu)質(zhì)信息，如技工教育網(wǎng)，微信公縱平臺(tái)等。設(shè)備工具：電腦、手機(jī)，EWB仿真軟件、集成運(yùn)算放大器、萬(wàn)用表學(xué)習(xí)平臺(tái)：在一體化教室進(jìn)行，老師使用多媒體講解，學(xué)生分組使用電腦進(jìn)行仿真操作和實(shí)際操作六、課程思政振興民族工業(yè)，大力發(fā)展我國(guó)集成電路技術(shù)，科技興國(guó)。七、教學(xué)內(nèi)容集成運(yùn)算放大器將組成放大器的元件及其相互之間的連線通過(guò)半導(dǎo)體特殊工藝同時(shí)制作在一塊半導(dǎo)體芯片上,再封裝在塑料或金屬外殼內(nèi),成為管路一體。集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱為集成運(yùn)放。一、集成運(yùn)算放大器的組成集成運(yùn)放一般可以分為輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路四個(gè)部分,如圖4.17所示。圖4.17集成運(yùn)算放大器組成結(jié)構(gòu)框圖集成運(yùn)放的輸入級(jí)一般采用差動(dòng)放大電路。它具有較高的輸入電阻和較大的放大倍數(shù),有同相和反相兩個(gè)輸入端,對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用,具有很強(qiáng)的抑制溫漂的能力。集成運(yùn)放的間級(jí)由多級(jí)放大電路組成，電壓放大倍數(shù)較大,運(yùn)放的電壓放大主要由中間級(jí)完成。集成運(yùn)放的輸出級(jí)多采用互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路,具有較低的輸出電阻,其作用是實(shí)現(xiàn)功率的放大,提高運(yùn)放帶負(fù)載的能力。二、集成運(yùn)放的符號(hào)、外形與主要參數(shù)（一）集成運(yùn)放的符號(hào)、外形集成運(yùn)放的符號(hào)如圖4.18所示,集成運(yùn)放的符號(hào)有兩個(gè)輸入端U+和U-及一個(gè)輸出端UO,其中U-為反相輸入端,該端輸入的信號(hào)的極性與輸出端相反,標(biāo)“-”號(hào)，U+為同相輸入端,該端的輸入信號(hào)的極性與輸出端相同,標(biāo)“+"，輸出端也標(biāo)“+"號(hào)。圖4.18集成運(yùn)放的圖形符號(hào)集成運(yùn)放的外形封裝有圓殼式、扁平式和雙列直插式三種。如圖4.19所示。目前國(guó)產(chǎn)集成運(yùn)放封裝外形主要采用圓殼式和雙列直插式。（a）集成運(yùn)放外形示意圖（b）集成運(yùn)放實(shí)物圖圖4.19集成運(yùn)放的外形（二）集成運(yùn)放的主要參數(shù)1.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Auo不外加反饋時(shí)集成運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)稱開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)。集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Auo的值很高,理想集成運(yùn)放的Auo趨近于無(wú)窮大。2.最大輸出電壓UOPP集成運(yùn)放空載輸出的最高電壓稱最大輸出電壓，用UOPP表示，集成運(yùn)放的UOPP稍低于電源電壓。理想集成運(yùn)放的UOPP等于電源電壓。3.輸入失調(diào)電壓Uio由于集成運(yùn)放輸入級(jí)的差動(dòng)放大電路不完全對(duì)稱，導(dǎo)致輸入電壓為零時(shí),輸出電壓不為零的情況稱運(yùn)放失調(diào)。要使輸出電壓為零，必須給輸入端加一個(gè)輸入電壓Uio,該電壓稱作輸入失調(diào)電壓。理想集成運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓。4.輸入失調(diào)電流Iio輸入信號(hào)為零時(shí),同相輸入端與反相輸入端的靜態(tài)電流不可能完全相等，它們的差值稱輸入失調(diào)電流Iio，Iio很小,理想集成運(yùn)放的5.差模輸入電阻Ri差模輸入電壓與輸入電流之比為差模輸入電阻。集成運(yùn)放的差模輸入電阻Ri很大,理想集成運(yùn)放的。6.開(kāi)環(huán)輸出電阻Ro不外接反饋電路時(shí)集成運(yùn)放輸出端的對(duì)地電阻稱為開(kāi)環(huán)輸出電阻Ro。集成運(yùn)放的輸出電阻很小，理想集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)輸出電阻7.輸入偏置電流Iib輸入信號(hào)為零時(shí)，兩輸入端偏置電流的平均值稱輸入偏置電流Iib。輸入偏置電流Iib越小越好,理想集成運(yùn)放的輸入偏置電流。8.共模抑制比CMRR集成運(yùn)放開(kāi)環(huán)狀態(tài)下差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比稱為共模抑制比CMRR,它很大,理想集成運(yùn)放的共模抑制比CMRR。三、理想集成運(yùn)放的分析方法運(yùn)用理想集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)、開(kāi)環(huán)輸入電阻等特點(diǎn)分析集成運(yùn)放可以使計(jì)算簡(jiǎn)化而結(jié)論誤差很小。（一）理想集成運(yùn)放兩輸入端電位相等（“虛短”）因?yàn)槔硐爰蛇\(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)，即，又因?yàn)橹荒苁怯邢拗?，因此，即，即兩個(gè)輸入端的電位是相等的，相當(dāng)于短路，這兩個(gè)輸入端并沒(méi)有相連而電位又相等，通常稱為“虛短”。如同相輸入端接地（或者通過(guò)電阻接地），即，則反向輸入端也為零，但是反向輸入端又沒(méi)有真正接地，因此稱為“虛地”。（二）理想集成運(yùn)放輸入電流等于零（“虛斷”）因?yàn)檩斎腚妷海斎腚娮?，即輸入電流，集成運(yùn)放與電路是相連而輸入電流又為零，電路好像短路一樣，通常稱為“虛斷”。四、各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)（一）高精度型性能特點(diǎn)：漂移和噪聲很低，開(kāi)環(huán)增益和共模抑制比很高，誤差小。（二）低功耗型性能特點(diǎn)：靜態(tài)功耗一般比通用型低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)(不超過(guò)毫瓦級(jí))，要求電壓很低，有較高的開(kāi)環(huán)差模增益和共模抑制比。高阻型性能特點(diǎn)：通常利用場(chǎng)效應(yīng)管組成差分輸入級(jí)，輸入電阻高達(dá)1012。高阻型運(yùn)放可用在測(cè)量放大器、采樣-保持電路、帶通濾波器、模擬調(diào)節(jié)器以及某些信號(hào)源內(nèi)阻很高的電路中。高速型性能特點(diǎn)：大信號(hào)工作狀態(tài)下具有優(yōu)良的頻率特性，轉(zhuǎn)換速率可達(dá)每微秒幾十至幾百伏，甚至高達(dá)1000V/s，單位增益帶寬可達(dá)10MHz，甚至幾百兆歐。常用在A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高速采樣-保持電路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。（五)高壓型性能特點(diǎn):輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍大，電源電壓高，功耗大。大功率型性能特點(diǎn)：可提供較高的輸出電壓較大的輸出電流，負(fù)載上可得到較大的輸出功率。集成運(yùn)放的識(shí)別集成運(yùn)算放大器的品種繁多，大致可分為“通用型”和“專用型”兩大類。“通用型”集成運(yùn)放的各項(xiàng)指標(biāo)比較均衡，適用于無(wú)特殊要求的一般場(chǎng)合。這類器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大、使用面廣。例如：UA741（單運(yùn)算放大器）、LM358（雙運(yùn)算放大器）、LM324（四運(yùn)算放大器）、NE5532（雙運(yùn)算放大器）以及場(chǎng)效應(yīng)管為輸入級(jí)的LF356（單運(yùn)算放大器）都屬于通用型集成運(yùn)算放大器。他們是目前應(yīng)用最廣泛的集成運(yùn)算放大器。（一）UA741UA741是單運(yùn)算放大器，即一個(gè)芯片內(nèi)只有一個(gè)運(yùn)算放大器，由±15V兩路電源供電。它性能較好，放大倍數(shù)較高，具有內(nèi)部補(bǔ)償，是典型的集成運(yùn)算放大器。UA741為八腳雙列直插式芯片，其外形如圖4.22所示。它有8個(gè)引腳，只有7個(gè)引腳有用，其中2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端，6腳為輸出端；4腳為負(fù)電源端，接-3~-18V的直流電源；7腳為正電源端，接3~18V的直流電源；1腳和5腳為外接調(diào)零電位器（通常為10KΩ）的兩個(gè)端子；8腳為空腳，無(wú)用。引腳排列如圖4.23所示。圖4.22UA741外形圖圖4.23UA741引腳排列（二）LM324LM324是一塊四路集成運(yùn)算放大器，由四個(gè)獨(dú)立的高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器組成。它可在寬電壓范圍（3~30V）的單電源下工作，也可以在雙電源下工作（±1.5~15V）。具有電壓增益大，有很低的電源電流消耗，輸出電壓幅度大等特點(diǎn)。LM324采用14腳雙列直插式封裝，其外形如圖4.24所示。圖4.24LM324外形圖圖4.25LM324引腳排列LM324內(nèi)含四個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的運(yùn)算放大器，分別用1、2、3、4、來(lái)表示，這四個(gè)運(yùn)算放大器可以單獨(dú)使用，也可以同時(shí)使用。引腳排列如圖4.25所示。其引腳功能如表4.4所示。表4.4LM324引腳功能引腳號(hào)1234567891011121314引腳功能輸出端反相輸入端同相輸入端正電源同相輸入端反相輸入端輸出端輸出端反相輸入端同相輸入端負(fù)電源（或接地）端同相輸入端反相輸入端輸出端LM324采用雙電源供電方式時(shí)，正電源加在腳與地之間，負(fù)電源加在腳與地之間，且兩個(gè)電源的大小相等。在這種方式下，運(yùn)算放大器輸出端的靜態(tài)電壓等于0V，輸出電壓的振幅最大可達(dá)正、負(fù)電源電壓。采用單電源供電方式時(shí)，正電源接于腳與地之間，