中職教育二年級(jí)上學(xué)期裝備制造大類《差動(dòng)放大電路》教學(xué)設(shè)計(jì)

差動(dòng)放大電路教學(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)一差動(dòng)放大電路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（一）直接耦合放大器存在的問題與解決方法（二）認(rèn)識(shí)差動(dòng)放大電路（三）仿真檢測(cè)差動(dòng)放大電路二、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)，解決操作過程遇到的隨機(jī)問題。知識(shí)目標(biāo)1.了解直接耦合放大電路存在的問題。2.理解差動(dòng)放大器的電路組成與工作原理。3.了解差動(dòng)放大電路的連接方式和實(shí)用的差動(dòng)放大電路。技能目標(biāo)1.能計(jì)算差動(dòng)放大器的放大倍數(shù)。2.能仿真檢測(cè)差動(dòng)放大電路。三、教學(xué)重難點(diǎn)（一）教學(xué)重點(diǎn)：理解差動(dòng)放大器的電路組成與工作原理。（二）教學(xué)難點(diǎn)：理解差動(dòng)放大器的電路組成與工作原理。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Multisim14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)，Multisim14仿真軟件學(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)展我國集成電路技術(shù)，科技興國。改善差動(dòng)放大電路存在問題的方法肯定還有更好的，我們就是要有一股鉆研精神，要不斷探索科學(xué)奧秘，找到更多更好的解決方法。七、教學(xué)內(nèi)容用于放大變化緩慢的信號(hào)和直流信號(hào)的直接耦合放大電路存在兩個(gè)特殊的問題。如果不能妥善解決放大器不能正常工作。一、直接耦合放大器存在的問題（一）級(jí)間直流量的相互影響簡單的兩級(jí)直接耦合放大電路如圖4.1所示。它的靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響的（Uce1=Ube2）。由于VT2管的發(fā)射結(jié)壓降Ube很小，讓VT1管的集電極電位很低而接近飽和區(qū)，使三極管不能正常工作。圖4.1簡單直接耦合放大電路（二）零點(diǎn)漂移問題當(dāng)直接耦合放大器的輸入信號(hào)為零時(shí)，接通電源后，輸出電壓應(yīng)該保持不變，但是實(shí)際上隨著時(shí)間的推移，輸出電壓會(huì)作緩慢的、不規(guī)則的變化，如圖4.2所示。（a）直接耦合放大器示意圖（b）零點(diǎn)漂移問題示意圖圖4.2直接耦合放大器的零點(diǎn)漂移問題直接耦合放大電路在輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出電壓偏移起始時(shí)值的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移，簡稱零漂。直接耦合放大電路前一級(jí)的零漂會(huì)被后一級(jí)放大器放大，放大器級(jí)數(shù)越多，零點(diǎn)漂移就會(huì)越嚴(yán)重。阻容耦合放大電路由于直流信號(hào)不能通過電容器傳遞，因此阻容耦合的零漂只限于本級(jí)內(nèi)，影響很小。二、級(jí)間電位調(diào)節(jié)電路為了保證直接耦合放大電路中的三極管能正常工作，常用的前后級(jí)間靜態(tài)電位的合理的配置方法有如下幾種：（一）用發(fā)射極電阻調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路用發(fā)射極電阻調(diào)節(jié)電位就是在VT2管的發(fā)射極串入了適當(dāng)?shù)陌l(fā)射極電阻，使VT2管的發(fā)射極、基極電位提高，從而提高了VT1管的集電極電位，使它不易進(jìn)入飽和區(qū)，這樣VT1和VT2管都可獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是VT2管發(fā)射極的電阻會(huì)引起電流負(fù)反饋，使放大器的放大倍數(shù)降低。發(fā)射極電阻調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路如圖4.3所示。圖4.3發(fā)射極電阻調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路（二）用二極管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路用二極管調(diào)節(jié)電位就是在VT2管的發(fā)射極串入了二極管，使VT2管的發(fā)射極、基極電位提高，從而提高了VT1管的集電極電位，使它不易進(jìn)入飽和區(qū)，這樣VT1和VT2管都可獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。同時(shí)由于二極管的動(dòng)態(tài)電阻很小，因此它對(duì)電流的負(fù)反饋?zhàn)饔煤苄。糯笃鞯姆糯蟊稊?shù)不會(huì)降低。二極管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路如圖4.4所示。圖4.4二極管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路（三）用穩(wěn)壓管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路當(dāng)需要的VT2管的基極電位較高時(shí)，在發(fā)射極串入幾只二極管就不合適，此時(shí)用穩(wěn)壓管就更合適，穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻也很小，同樣對(duì)電流的負(fù)反饋?zhàn)饔煤苄?。穩(wěn)壓管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路如圖4.5所示：圖4.5穩(wěn)壓管調(diào)節(jié)電位的直接耦合放大電路（四）用NPN型三極管和PNP型三極管組成互補(bǔ)耦合放大電路因?yàn)镹PN型三極管的集電極電位比基極電位高，而PNP型三極管的集電極電位比基極電位低，它們配合使用就可以使三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)有合理的配置，能滿足放大的要求。用NPN型三極管和PNP型三極管組成互補(bǔ)耦合放大電路如圖4.6所示、、圖4.6NPN型三極管和PNP型三極管組成互補(bǔ)耦合放大電路三、差動(dòng)放大電路為了克服零點(diǎn)漂移，實(shí)際生產(chǎn)中需要運(yùn)用差動(dòng)放大電路。（一）基本差動(dòng)放大電路的組成將兩個(gè)電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的共發(fā)射極單管放大電路組合在一起,就構(gòu)成基本差動(dòng)大電路，如圖4.7所示。輸入電壓分別加在兩管的基極,輸出電壓等于兩管的集電極電位之差。差動(dòng)放大電路的主要特點(diǎn)是對(duì)稱，基本形式如圖4.7所示。圖4.7基本差動(dòng)放大電路的組成（二）抑制零漂的原理在沒有輸入信號(hào)（把a(bǔ)、b兩點(diǎn)對(duì)地短路）時(shí)，因電路參數(shù)對(duì)稱，三極管特性相同，因此,如果環(huán)境溫度、電源電壓保持不變，它們的數(shù)值也不會(huì)改變，即，電路的輸出為零。當(dāng)溫度或電源電壓發(fā)生變化時(shí)，由于電路是對(duì)稱的，因此兩個(gè)三極管的集電極電流變化量相等，即，因此兩個(gè)三極管的集電極電壓的變化量也相等，即，由此可知,,可見,在溫度或者電源電壓變化時(shí),輸出電壓仍然為零,較好地抑制了零漂。差動(dòng)放大電路利用三極管集電極電壓共同變化的特點(diǎn)，在一定程度上解決了零漂問題。（二）差動(dòng)放大電路對(duì)信號(hào)的放大作用1.差模輸入和差模放大倍數(shù)大小相等而極性相反的兩個(gè)輸入信號(hào)稱為差模信號(hào)。在上圖中，三極管VT1、VT2的輸入信號(hào)就是差模信號(hào)。如果對(duì)于三極管VT1來說，輸入信號(hào)為正時(shí)，則增加，減??；此時(shí)對(duì)于三極管VT2來說，輸入信號(hào)為負(fù)，減小，增加?？梢妰蓚€(gè)三極管的集電極電壓呈相反的方向變化，由于電路是對(duì)稱的，因此增加的量與減小的量是相等的，即，因此放大電路總的輸出電壓為?？梢娫诓钅Ｐ盘?hào)的作用下，差動(dòng)放大電路能有效地放大差模信號(hào)。差動(dòng)放大電路在差模輸入時(shí)的放大倍數(shù)稱為差模放大倍數(shù)，用符號(hào)表示。（4.1）設(shè)差模輸入時(shí)三極管VT1和VT2的單管放大倍數(shù)分別為，由于兩邊的電路對(duì)稱，因此：（4.2）因?yàn)椋核裕海?.3）即：（4.4）利用以前學(xué)的知識(shí)可得：（4.5）差動(dòng)放大電路的差模放大倍數(shù)等于差模輸入時(shí)每一個(gè)單管的放大倍數(shù)，其特點(diǎn)是利用一個(gè)放大管來換取對(duì)零漂的抑制。2.共模輸入和共模放大倍數(shù)大小相等且極性相同的兩個(gè)輸入信號(hào)稱為共模信號(hào)。共模輸入的差動(dòng)放大電路如圖4.8所示：圖4.8共模輸入的差動(dòng)放大電路在上圖中，加到三極管VT1、VT2基極上的輸入信號(hào)電壓就是共模信號(hào)。即：（4.6）差動(dòng)放大電路在共模輸入時(shí)的放大倍數(shù)稱為共模放大倍數(shù)用符號(hào)表示。共模輸入時(shí)，兩個(gè)三極管的集電極電流與集電極電位的變化相同，因此三極管VT1、VT2的輸出電壓也是大小相等相位相同，顯然放大電路總的輸出電壓為零，即，因此，一個(gè)完全對(duì)稱的差動(dòng)放大電路的共模放大倍數(shù)為零，即：（4.7）溫度、電源電壓對(duì)差動(dòng)放大電路的影響就相當(dāng)于輸入一對(duì)共模信號(hào)，差動(dòng)放大電路對(duì)零漂的抑制就是抑制共模信號(hào)的一個(gè)特例。理想情況下，，因此輸出電壓沒有零漂。3.共模抑制比差動(dòng)放大電路的差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比，稱為共模抑制比，用CMRR來表示，即：（4.8）共模抑制比的值越大，差動(dòng)放大電路的性能越好。差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)沒有放大作用，放大的只是差動(dòng)信號(hào)，即只有兩個(gè)輸入信號(hào)有差別時(shí)，放大器才輸出放大了的信號(hào)，即輸出端才有“動(dòng)作”，這也是“差動(dòng)”名稱的來歷。（四）實(shí)用的差動(dòng)放大電路1.帶調(diào)零電位器的長尾式差動(dòng)放大電路帶調(diào)零電位器的長尾式差動(dòng)放大電路的電路如圖4.9所示。圖4.9帶調(diào)零電位器的長尾式差動(dòng)放大電路的電路上圖中，可調(diào)電阻RP的作用是調(diào)零，通過調(diào)節(jié)RP使，這樣當(dāng)輸入信號(hào)。上圖中，電阻RE的作用是引入共模負(fù)反饋，從而抑制零漂。其工作原理如下：電阻RE對(duì)差模信號(hào)沒有影響，因?yàn)楫?dāng)差模信號(hào)接到電路的輸入端時(shí)，一個(gè)三極管的電流增加，另一個(gè)三極管的電流減小，而且增加與減小的量相等，因此流過電阻RE的電流不變，即電阻RE對(duì)差模信號(hào)沒有影響。電阻RE的值越大，對(duì)共模信號(hào)的抑制作用越強(qiáng)，但是RE增加會(huì)使三極管的集電極與發(fā)射極之間的管壓降減小，三極管的動(dòng)態(tài)范圍減小，因此要接入輔助電源。而且RE越大，輔助電源的值就越大，因此RE的值不宜過大。2.三極管恒流源的差動(dòng)放大電路為了降低輔助電源的電壓,常常用三極管恒流源代替RE，這種電路稱為三極管恒流源差動(dòng)放大電路,如圖4.10所示。圖4.10三極管恒流源的差動(dòng)放大電路在上圖中，R3與R4串聯(lián)分壓固定三極管VT3的基極電位，當(dāng)電路有共模信號(hào)輸入時(shí)，VT3的發(fā)射極電位隨著VT3管的集電極電流、發(fā)射極電流的改變而改變，電路利用VT3管的發(fā)射極電位的變化來使基極電流隨之變化，來使能保持不變化，不變化則、也不能變化，從而抑制了零漂。（五）差動(dòng)放大電路的幾種連接方法（一）雙端輸入，雙端輸出雙端輸入，雙端輸出的電路圖如圖4.11所示，它的差模放大倍數(shù)與單管放大倍數(shù)是相同的，即。圖4.11雙端輸入，雙端輸出（二）雙端輸入，單端輸出雙端輸入，單端輸出差動(dòng)放大器如圖4.12電路圖如下所示，由于這種電路只利用了一個(gè)三極管集電極電位的變化，另一個(gè)三極管的集電極電位變化沒有利用，因此其差模輸出電壓只有雙端輸出的一半，故其差模放大倍數(shù)。圖4.12雙端輸入，單端輸出差動(dòng)放大器（三）單端輸入，雙端輸出單端輸入，雙端輸出差動(dòng)放大器如圖4.13所示，它的作用是把單端信號(hào)轉(zhuǎn)換成雙端輸出，電路的工作狀態(tài)與雙端輸入時(shí)近似一致。因此放大電路的放大倍數(shù)跟雙端輸入、雙端輸出一樣，即。圖4.13單端輸入，雙端輸出差動(dòng)放大器（四）單端輸入、單端輸出單端輸入、單端輸出差動(dòng)放大器如圖4.14所示其電路圖如下，這種電路抑制零漂的能力很強(qiáng)，通過輸出端不同的接法（接V1或V2），可以得到與輸入信號(hào)反相或同