emd含運(yùn)算放大器的電路的分析

1、第五章 含運(yùn)算放大器的電路的分析重點(diǎn)：1、運(yùn)放的傳輸特性2、比例器、加法器、減法器、跟隨器等運(yùn)算電路3、含理想運(yùn)放的運(yùn)算電路的分析計(jì)算難點(diǎn)：1、熟練計(jì)算含理想運(yùn)放的思路5.1運(yùn)放的電路模型.而在本章中，所講到運(yùn)運(yùn)放的符號(hào)運(yùn)放是具有高放大倍數(shù)的直接耦合放大電路組成的半導(dǎo)體多端實(shí)際元件放”，是指實(shí)際運(yùn)放的電路模型一一一種四端元件.其符號(hào)為在新國(guó)標(biāo)中，運(yùn)放及理想運(yùn)放的符號(hào)分別為圖5-2運(yùn)放的新國(guó)標(biāo)符號(hào)運(yùn)放的簡(jiǎn)介、同相與反相輸入端運(yùn)放符號(hào)中的“ +”、“-”表示運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端，即當(dāng)輸入電壓加在同相輸入端和公共端之間時(shí)，輸出電壓和輸入電壓兩者的實(shí)際方向相對(duì)于公共端來說相同；反之，當(dāng)輸入電壓

2、加在反相輸入端和公共端之間時(shí)，輸出電壓和輸入電壓兩者的實(shí)際方向相對(duì)于公共端來說相反其意義并不是電壓的參考方向二、公共端有時(shí)，電路中并不畫出該接在運(yùn)放中，公共端往往取定為接地端電位為零，實(shí)際中，電子線路中的接地端常常取多條支 路的匯合點(diǎn)、儀器的底座或機(jī)殼等，輸入電壓、輸出電壓都以之為參考點(diǎn)地端，但計(jì)算時(shí)要注意它始終存在運(yùn)放的輸入輸出關(guān)系一、運(yùn)放輸入輸出關(guān)系曲線在運(yùn)放的輸入端分別同時(shí)加上輸入電壓U 和U 一（即差動(dòng)輸入電壓為 Ud ）時(shí)，則其輸出電壓Uo為Uo=Au (u圖5-3運(yùn)放輸入輸出關(guān)系曲線實(shí)際上，運(yùn)放是一種單向器件，即輸出電壓受輸入電壓的控制，而輸入電壓并不受輸出電壓的控 制.由其輸入輸

3、出關(guān)系可以看出，運(yùn)放的線性放大部分很窄，當(dāng)輸入電壓很小時(shí)，運(yùn)放的工作狀態(tài)就已經(jīng)進(jìn)入了飽和區(qū)，輸出值開始保持不變.二、運(yùn)放的模型aRou1I + +RinZ Au(u u ) uou+ b-I圖5-4運(yùn)放的電路模型由運(yùn)放的這一模型，我們可以通過將運(yùn)放等效為一個(gè)含有受控源的電路，從而進(jìn)行分析計(jì)算 例：參見書中P140所示的反相比例器.（學(xué)生自學(xué)）有關(guān)的說明在電子技術(shù)中，運(yùn)放可以用于1 信號(hào)的運(yùn)算一一如比例、加法、減法、積分、微分等2 .信號(hào)的處理一一如有源濾波、采樣保持、電壓比較等3 .波形的產(chǎn)生一一矩形波、鋸齒波、三角波等4 .信號(hào)的測(cè)量一一主要用于測(cè)量信號(hào)的放大5.2具理想運(yùn)放的電路分析含理想

4、運(yùn)放的電路分析基礎(chǔ)所謂“理想運(yùn)放”，是指圖中模型的電阻Rin、Ro為零，A為無窮大的情況由此我們可以得出含有理想運(yùn)放的電路的分析方法根據(jù)輸入輸出特性，我們可以得出含有理想運(yùn)放器件的電路的分析原則：虛短一一由于理想運(yùn)放的線性段放大倍數(shù)為無窮大，即從理論上說，要運(yùn)放工作在線性區(qū)域，運(yùn)放的輸入電壓應(yīng)該無窮小，可見工作在線性區(qū)的理想運(yùn)放的輸入端電壓近似為零，也就是說，輸 入端在分析時(shí)可以看成是短接的，這就是所謂的“虛短”在分析計(jì)算中，運(yùn)放的同相端與反相端等電位虛斷一一由運(yùn)放的模型可見，當(dāng)運(yùn)放工作在線性區(qū)內(nèi)時(shí)，其輸入電壓近似為零，那么其輸入電流 亦近似為零這樣，我們?cè)诜治鲇?jì)算含運(yùn)放的電路時(shí)，可以將運(yùn)放的

5、兩個(gè)輸入端視為開路虛地*當(dāng)運(yùn)放的同相端（或反相端）接地時(shí)，運(yùn)放的另一端也相當(dāng)于接地，我們稱其為“虛 地”.含理想運(yùn)放的電路分析原則主要應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法，結(jié)合上面的分析基礎(chǔ)得出結(jié)論例題一、例1 反相比例器已知：求：該電路的輸入輸出關(guān)系解：由于“虛斷”，則u 一 - 0 .因?yàn)閁i -u Ui0 Ui iRR RiF-uu。RfRfRf由于“虛短”，理想運(yùn)放的輸入電流為零，即i 0，所以因此:ui iRu。Rfu。RfRiui由此可見，當(dāng)可以通過改變電阻R、Rf的大小，從而使得電路的比例系數(shù)改變.該電路正是一個(gè)由運(yùn)放構(gòu)成的反相比例器注意：其中的Rb是運(yùn)放出平衡電阻，主要是因?yàn)檫\(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求兩個(gè)輸入段對(duì)

6、應(yīng)的輸出電阻平 衡所致其他的運(yùn)放電路中均有此平衡電阻存在，只是具體的計(jì)算不在本課程中講述.（模擬電子）二、例2反相器思考反相器的實(shí)現(xiàn)一一Uo二U當(dāng)比例器中的R=Rf時(shí)，u=_Ui，即為一個(gè)反相器三、例3加法器已知：加法器電路如圖所示丄求：該電路的輸入輸出關(guān)系i 一 -0，所以 i 訂 i2 is ；解：由于“虛短”，理想運(yùn)放的輸入電流為零，即Ui2 -0R2Ui2R2由于“虛斷”，則節(jié)點(diǎn)1的電位為零列寫方程：i2UM -0 Un ii尺 R10-u。UoiRfRf對(duì)節(jié)點(diǎn)1列寫節(jié)點(diǎn)方程（KCL方程），有i =ii i2 is，所以:由此可見，當(dāng)U -（UiiUi2Ui3），其實(shí)，該電路正是一個(gè)由

7、運(yùn)放構(gòu)成的反相加法器四、例4減法器五、例5電壓跟隨器六、例6微分器圖5-7電壓跟隨器UoUii七、例7分析較為復(fù)雜的運(yùn)放電路已知：電路如圖所示,其中 u = 0.3V , Ui1 =5V ,100k.1Uii =1V.50k1.150k.133k.1UolRL=10kQ50k01100kQ- aUi2 *11|3Uo2100kQ+Ui3圖5-10較為復(fù)雜的運(yùn)放電路的分析5 / 90.6R. 50kORB1 dUi Uo _ 一 RC dtlOOkJ100kQIUo求：Uo解：考慮運(yùn)放1:Uii-00-O.6U0150 一 1002Uii1010所以：uo1Ui10.3 - -1V0.633考慮

8、運(yùn)放2:100k5V11 u+叩i100k1V匸=因?yàn)椋篿=0.02mA，可以計(jì)算得出：J=1 100k 0.02=3V （也可直接用分壓公式）200所以：u。2 = u = 3V考慮運(yùn)放3：計(jì)算u :50k3V* u+100k可以計(jì)算得出：u二1003 =2V50+100而：u1u _ u -u。50 100，即:-1 -22 -u。50100所以：u。=8V八、例8設(shè)計(jì)完成一定運(yùn)算功能的運(yùn)放電路已知：利用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)運(yùn)算：u。=2（1 山2）-0.5山3求：完成上述功能的電路（Rf =20k）解：分析：要完成這樣的設(shè)計(jì)題，要求熟悉一些基本的運(yùn)放計(jì)算電路一一如比例、加、減、反相比例電路加法電路減

9、法電路接下來,1 . Uol我們分析u。=2(Ui Ui2)-0.5Ui3 的實(shí)現(xiàn):2- Uo23 . Uo34. Uo4-(UilUi2)-2uoi-0.5Ui3 =UiiUi2R2RbRfUolRi = R2 = Rf 20k；.Rf u RRfo1=-2 -(UiiUi2) = 2(Uii Ui2)RUi 一RbI 1RfUiR = 0.5Rf = 10k.1r Ui3RfUiRbUir=2Rf =40k-(Uo2Uo3)- T2(Uii Ui2)-0.5Ui3Uol5. U5 -Uo4 =2(Uii Ui2)-0.5Ui3將以上分析綜合起來，可以畫出實(shí)現(xiàn)要求運(yùn)算的電路如下:Ui120k20kUi2九、例9非理想運(yùn)放電路的計(jì)算已知：運(yùn)放電路如圖所示RiR2RoUoA(u - u )求：輸入輸出電壓的關(guān)系解：電路中有四個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)1的電位已知，因此，可以對(duì)節(jié)點(diǎn)2和3列寫節(jié)點(diǎn)方程:十、例10求解微分方程的電子模擬原理電路設(shè)計(jì)已知：微分方程 dx 0.5x0.1sin 7=0,將sin t作為信號(hào)源輸入dt求：能解出x的模擬原理電路