电路分析电子教案第5章.ppt

第五章 含有运算放大器的电阻电路 运算放大器的电路模型 5.1 比例电路的分析 5.2 含有理想运算放大器的电路分析 5.3 本章教学内容 （1）理想运算放大器的外部特性； （2）含理想运算放大器的电阻电路分析； （3）一些典型的电路； 返 回 本章教学重点 本章教学时数 2 学时 运算放大器 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。 5.1 运算放大器的电路模型 1. 简介 下 页 上 页 返 回 应用 信号的运算电路 下 页 上 页 比例、加、减、对数、指数、积分、微分等运算。 产生方波、锯齿波等波形 信号的处理电路 信号的发生电路 有源滤波器、精密整流电路、电压比较器、采样—保持电路。 返 回 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 下 页 上 页 频带过窄 线性范围小 缺点： 加入负反馈 扩展频带 减小非线性失真 优点： 高增益 输入电阻大，输出电阻小 返 回 下 页 上 页 集成运算放大器 返 回 符号 7 6 5 4 3 2 1 +15V －15V 8个管脚： 2：倒向输入端 3：非倒向输入端 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 下 页 上 页 返 回 电路符号 a：倒向输入端，输入电压u－ b：非倒向输入端，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。 图中参考方向表示每一点对地的电压，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) 下 页 上 页 注意 + _ _ + u+ u- + _ uo a o + _ ud b _ + A + 返 回 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. 运算放大器的外特性 Usat -Usat ? -? Uo/V Ud/mV 0 实际特性 a u+ u- uo o + _ ud _ + A + b 下 页 上 页 返 回 Usat -Usat ? -? Uo/V Ud/mV 0 分三个区域： ①线性工作区： |ud| ? 则 uo=Aud ②正向饱和区： ③反向饱和区： ud ? 则 uo= Usat ud- ? 则 uo= -Usat ?是一个数值很小的电压，例如Usat=13V, A =105，则? = 0.13mV。 近似特性 下 页 上 页 注意 返 回 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＋ 4. 理想运算放大器 下 页 上 页 + _ A(u+-u-) Ro Ri u+ u- ＋ － uo 在线性放大区，将运放电路作如下理想化处理： ① A?? uo为有限值，则ud=0 ,即u+=u-，两个输入端之间相当于短路(虚短路) ② Ri ?? i+=0 , i－=0。 即从输入端看进去，元件相当于开路(虚断路)。 ③ Ro ?0 返 回 5.2 比例电路的分析 1. 倒(反)向比例器 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。 下 页 上 页 + _ uo + _ ui R1 Rf RL 2 1 _ + A + 2 1 R1 Ri Rf Ro Aun1 + + _ uo RL 运放等效电路 + _ ui 返 回 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： 下 页 上 页 2 1 R1 Ri Rf Ro Au1 + _ + _ uo RL + _ ui 2. 电路分析 返 回 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 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(倒向比例器)。 下 页 上 页 表明 返 回 以上近似结果可将运放看作理想情况而得到。 根据“虚短”： 根据“虚断”： u+ = u- =0， i1= ui/R1 i2= -uo /Rf i-= 0，i2= i1 下 页 上 页 i1 i2 + _ uo + _ ui R