电路课件第5章(第五版邱关源高等教育出版社).ppt

* 第五章 含运算放大器 的电阻电路 重点 （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）熟悉一些典型的电路； 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。 5.1 运算放大器的电路模型 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： 分三个区域： ① 线性工作区： |ud| ?=Usat/A, 则 uo=Aud ②正向饱和区： ③反向饱和区： ud ? 则 uo= Usat ud- ? 则 uo= -Usat 2. 运算放大器的静特性 ?是一个数值很小的电压，例如Usat=13V,A =105，则?=0.13mV。 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＋ 在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理： 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 ?? 4. 理想运算放大器 i+=0 , i－=0。 即从输入端看进去， 元件相当于开路(虚断路)。 + _ A(u+-u-) Ro Ri u+ u- ＋ － uo 5.2 含运算放大器的电路的分析 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，上式中分母中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)。 根据理想运放的特性分析： (1) 根据“虚短”： （2）根据“虚断”： (1) 当 R1 和 Rf 确定后，为使 uo 不超过饱和电压(即保证工作在线性区)，对ui有一定限制。 (2) 运放工作在开环状态极不稳定，振荡在饱和区;工作在闭环状态，输出电压由外电路决定。 ( Rf 接在输出端和反相输入端,称为负反馈)。 注意 u+ = u- =0，i1= ui/R1 i2= -uo /Rf i-= 0，i2= i1 + _ uo _ + ? + + _ ui R1 Rf RL i1 i2 u+ u- 2. 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 Rf