差分放大电路的口诀教学法

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差分放大电路的口诀教学法

  <前言：本文通过差分放大电路的教学实践，总结了差分放大电路的口诀教学法，通过教学，能进一步使学生加深对差分放大电路的结构、原理和电路特点的理解，提高学生的学习兴趣，以更好地适应中职《电子电路》课程的教学实际。〉
中职《电子电路》一课，教学内容相对集中，教学课时相对较紧，加上课程本身的特点，普遍感到教师难教，学生难学，在中职教学中，与大学教材相比，教学内容已大大缩减，教学难度也有所降低，但考虑到课程系统的完整性和实用性以及与中职专业课的适配性，特别是对于以通信专业为主的中职学学生来说，这门课程又具有其相当重要的地位。如何进一步降低教学难度， 提高课堂兴趣，加深对课程内容的理解呢？口诀教学法是一种常用而有效的办法。本文仅以差分放大电路一节内容的教学为例，对口诀教学法进行了相应的探索。
中职《电子电路》全国统编教材(熊耀辉主编)第四章第三节《差分放大电路》这一节内容，是理解集成运放工作原理的基础，是教与学的重点和难点，对中职学生的要求是能理解差分放大电路的原理，定性掌握差分放大电路的特点。在教学过程中，可以采用边学习电路结构，边总结电路特点，然后用口诀的形式给出的方法进行教学,即口诀教学法。这样，差分放大电路的作用和电路性能能够得到更好的理解和记忆，学生的学习兴趣也能得到很好的调动。
集成运放由于其制造工艺的特点，其内部不可能采用较大的电阻、电容、电感，所以较多的采用直接耦合放大电路，图1为集成运放内部电路的示意图：
     
                               图1

为了较好地减小零漂，抑制共模信号，放大差模信号，其输入级常采用差分放大电路。差分放大电路的基本原理如图2所示，常称为基本差分放大电路。
            
                                图2



通过对共模信号和差模信号的输入分析，可以归纳出差分放大电路的主要作用的口诀：
    “抑共模，含零飘；放大差模，质量好”。
这里共模信号得到了有效的抑制，零飘可以看成是主要由温度等因素引起的电路内部产生的一种共模信号，所以“零飘”可以包含在共模信号的范畴。这样，差模信号得到了很好的放大，放大器的共模抑制比很高，放大器的质量就越好。

在图2的电路中，要有效抑制共模信号，放大差模信号，有一个分析的前提，那就是，左右二部分基本共射放大电路，RS，RB，RC以及左右两管的参数特性必须完全相同，所以我们可以得出基本差分放大电路的一个很重要的特点：
“ 差放电路质量好，结构对称是关键。”
在实际应用中，要做到元件参数和性能的完全一致是不很容易的，所以要用到“长尾”式的典型差分放大电路。如图3：
            
                              图3  
这个电路与基本差分放大电路最大的不同是在两管发射间加了一个长长的尾巴，就是图2中的RE。RE对两管的静态工作点起着决定性的作用。这里，RE是一个共模负反馈电阻，为抑制“零飘”，阻值需选得较大，于是UE要升高，使管子集射之间动态范围减小。所以在RE的另一端接了一个负电源，使管子集射之间动态范围不至于减小。
这时基极偏置电阻RB也可以省略，两管静态时基极电位为零，发射极电位按-0。7V（硅管）计算，则有：IE=（VEE-0.7）/RE≈VEE/RE，ICQ1=ICQ2≈IEQ1=IEQ2=IE/2≈VEE/2RE
由上式可知，只要辅助电源VEE确定，两管的静态工作点就由RE决定了。
所以说：“ 差放电路若典型，长尾决定工作点”
对典型差放电路来说，RE对差模信号没有负反馈作用，而对共模信号有较深的负反馈作用，相当于在每个管子的发射极接上了2RE的反馈电阻。而且RE越大，负反馈作用越显著，但是，RE过大，必然要提高辅助电源的电压，再则在集成电路中制作高阻值电阻也不容易，这样，实际上是要找到一个直流电阻小，以保证正常的偏流；交流电阻大，以保证足够深度的负反馈的元件来代替“RE”。有没有这样的元件呢？（如图4）
“踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫”。电流源不正是符合这样一个特征的元件吗？这样，我们可以用电流源来代替前面的RE，既能保证恒定的偏流，又能使共模信号有很深的负反馈，而对差模信号来说,由于左右两管在IE上流过电流总是大小相等极性相反的,即叠加后为零,差模信号在RE上可谓是“胜似闲庭信步”了,RE对其没有起到负反馈作用。
所以说：“偏置采用恒流源，放大性能更理想”



                           图4
针对输入输出的不同要求，差分放大电路还可按要求连接成不同的入出方式，分别是：
单、双入，双端出，单、双入，单端出，共四种入出方式，对双端输出来说，其电压放大倍数与单管相同；对单端输出来说，其电压放大倍数是单管的一半。另外还应考虑入出电路的平衡与不平衡。
所以，我们说：“差分放大巧使用，入出方式很灵活”。
这样，总的来说就得到了差分放大电路的放大作用的口诀:
“抑共模，含零飘；放大差模，质量好”。
    电路特点的口诀：
          “差分放大质量好，结构对称是关键。”
          “差放电路若典型，长尾决定工作点”
          “偏置采用恒流源，放大性能更理想”
          “差放电路巧使用，入出方式很灵活”。
通过教学实践可以发现，结合差分放大电路的口诀教学，学生的学习兴趣和积极性得到了显著的提高，教学效果也较好，学生能基本掌握差分放大电路的工作特点。在电子电路的教学中，可以更多地用口诀教学法，学生在反复的诵读口诀中很自然地记住了电路的作用，掌握了电路的特点，并能在将来的实际的工作中得到很好的应用。              

临高家电维修部

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