补充4运算放大器概要.ppt

低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 * 4. 运算放大器 (operational amplifier) 4.1 运算放大器的电路模型 4.2 含运算放大器的电路分析 4.1 运算放大器的电路模型 运算放大器(operational amplifier) 是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应用于1940年，1960年后，随着集成电路技术的发展，运算放大器逐步集成化，大大降低了成本，获得了越来越广泛的应用。 （1） 简介 应用 主要用于模拟计算机，可模拟加、减、积分等运算，对电路进行模拟分析。在信号处理、测量及波形产生方面也获得广泛应用。 电路 输 入 级 偏置 电路 中间级 用以电 压放大 输 出 级 输入端 输出端 符号 7 6 5 4 3 2 1 +15V －15V 8个管脚： 2：反相输入端 3：同相输入端 4、7：电源端 6：输出端 1、5：外接调零电位器 8：空脚 单向放大 + _ _ + u+ u- + _ uo a o + _ ud _ + A + b 电路符号 a： 反向输入端，输入电压 u－ b：同向输入端，输入电压 u+ o： 输出端, 输出电压 uo 在电路符号图中一般不画出直流电源端，而只有a,b,o三端和接地端。 其中参考方向如图所示，每一点均为对地的电压 ，在接地端未画出时尤须注意。 A：开环电压放大倍数，可达十几万倍 : 公共端(接地端) 在 a,b 间加一电压 ud =u+-u-，可得输出uo和输入ud之间的转移特性曲线如下： （2）. 运算放大器的静特性 Usat -Usat ? -? Uo/V Ud/mV O 实际特性 近似特性 a u+ u- uo o + _ ud _ + A + b （3）. 电路模型 输入电阻 输出电阻 当: u+= 0, 则uo=－Au－ 当: u－= 0, 则uo=Au＋ + _ A(u+-u-) Ro Ri u+ u- ＋ － uo uo=Aud=A(u+－u－) 4.2 含运算放大器的电路分析 （1）. 反相比例器 运放开环工作极不稳定，一般外部接若干元件(R、C等)，使其工作在闭环状态。 R1 Ri Rf Ro Au1 + _ + _ u1 + _ uo + _ ui RL 运放等效电路 2 1 + _ uo _ + A + + _ ui R1 Rf RL 1 2 用结点法分析：(电阻用电导表示) (G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui -Gf un1＋(Gf+Go+GL)un2 =GoAu1 u1=un1 整理，得 (G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui (-Gf +GoA)un1＋(Gf+Go+GL)un2 =0 解得 ui R1 Ri Rf Ro Au1 + _ + _ u1 + _ uo + _ RL 运放等效电路 2 1 因A一般很大，上式分母中Gf(AGo-Gf)一项的值比(G1+ Gi + Gf) (G1+ Gi + Gf)要大得多。所以，后一项可忽略，得 近似结果可将运放看作理想情况而得到。 表明 uo / ui只取决于反馈电阻Rf与R1比值，而与放大器本身的参数无关。负号表明uo和ui总是符号相反(反相比例器)。 2. 正相比例器 uo =[(R1 + R2)/R2 ] ui =(1+ R1/R2) ui _ + ? + Ri=0 ui R1 R2 u+ u- i- + _ uo + _ i+ 结论 （1）uo与ui同相 （2）当R2=?，R1=0时,uo=ui， 为电压跟随器 （3）输入、输出关系与运放 本身参数无关。 + _ uo _ + A + + _ ui R1 Rf RL 1 2 反相比例器 3. 加法器 比例加法器：y =a1x1+a2x2+a3x3 ，符号如下图： ui1/R1+ ui2 /R2+ ui3 /R3 =-uo /Rf uo= -(Rf /R1 ui1 +Rf /R2 ui2+Rf /R3 ui3) u-= u+=0 i-=0 + _ uo _ + ? + R2 Rf i- u+ u- R1 R3 ui1 ui2 ui3 x1 a1 a2 a3 -1 -y y x2 x3 4. 电压跟随器 特点： ① 输入阻抗无穷大(虚断)； ② 输出阻抗为零； 应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。 ③ uo= ui。 电 路 A 电 路 B _ + ? + + _ + _ ui uo 5. 减法运算 + _ uo _ + ? + R2 Rf i- u+ u- R1 R3 ui1 ui2 i1 if 6. 积分运算 C + _ uo _ + ? + + _ ui R iC i- u- iR 7. 微