(播放版11)第4章電路定理4第五章運(yùn)放

1、2022年6月24日星期五1快速回放快速回放10含源含源線性一端口傳給外接負(fù)載線性一端口傳給外接負(fù)載電阻最大功率的條件（電阻最大功率的條件（即最大即最大功率匹配條件）功率匹配條件）是：是：通常與通常與戴維寧定理結(jié)合使用。戴維寧定理結(jié)合使用。負(fù)載獲得的最大功率為：負(fù)載獲得的最大功率為：Pmax = =4Requoc2+ +- -Requoci+ +- -uRLi+ +- -u含源線含源線性一端性一端口口 NSRL1.最大功率傳輸定理最大功率傳輸定理RL= = Req2022年6月24日星期五22.特勒根定理特勒根定理定理定理1123456bk= =1uk ik = = 0功率守恒功率守恒定理定理

2、2bk= =1uk ik = = 0uk , ik uk , ik bk= =1uk ik = = 01234561234562022年6月24日星期五33.互易定理互易定理形式形式線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)b+ +- -uS1i2adc電路圖電路圖線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)bi1adc+ +- -uS2uS1= =i2i1uS2激勵(lì)是電壓源，激勵(lì)是電壓源，響應(yīng)為電流。響應(yīng)為電流。若激勵(lì)不變，若激勵(lì)不變，則響應(yīng)也不變。則響應(yīng)也不變。當(dāng)當(dāng) uS1 = = uS2 時(shí)，有時(shí)，有 i2 = = i1 。對(duì)于具有互易性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，在單一激勵(lì)的情況對(duì)于具有互易性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，在單一激勵(lì)的情況下，當(dāng)下，當(dāng)激勵(lì)源和響

3、應(yīng)互換位置時(shí)激勵(lì)源和響應(yīng)互換位置時(shí)，響應(yīng)與激勵(lì)，響應(yīng)與激勵(lì)的的比值保持不變比值保持不變。2022年6月24日星期五4形式形式電路圖電路圖線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)biS1u2adc+ +- -線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)badciS2u1+ +- -激勵(lì)是電流源，激勵(lì)是電流源，響應(yīng)為電壓。響應(yīng)為電壓。iS1= =u2u1iS2當(dāng)當(dāng) iS1 = = iS2 時(shí)，有時(shí)，有 u2 = = u1 。若激勵(lì)不變，若激勵(lì)不變，則響應(yīng)也不變。則響應(yīng)也不變。激勵(lì)和響應(yīng)互換位置后，其比值保持不變。激勵(lì)和響應(yīng)互換位置后，其比值保持不變。2022年6月24日星期五5若若在數(shù)值上有在數(shù)值上有 iS1 = uS2 ，形式形式

4、形式形式和和比較常用；比較常用；線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)biS1adci2電路圖電路圖線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)badc+ +- -uS2+ +- -u1uS2= =u1i2iS1激勵(lì)是電流源，響應(yīng)為電流；激勵(lì)是電流源，響應(yīng)為電流；互換互換置后，激勵(lì)是電壓源，置后，激勵(lì)是電壓源，響應(yīng)為電壓。響應(yīng)為電壓。則則 i2 = = u1 ?；ヒ锥ɡ砜捎商乩崭ɡ砘ヒ锥ɡ砜捎商乩崭ɡ?2進(jìn)行證明。進(jìn)行證明?；胤沤Y(jié)束回放結(jié)束2022年6月24日星期五6 互易時(shí)互易時(shí)注意注意 互易前后注意電壓電流的方向互易前后注意電壓電流的方向:支路電壓和電支路電壓和電流流要么都關(guān)聯(lián)，要么都非關(guān)聯(lián)要么都關(guān)聯(lián)，要么都非關(guān)聯(lián)；

5、含受控源的網(wǎng)絡(luò)，互易定理一般不成立；含受控源的網(wǎng)絡(luò)，互易定理一般不成立； 實(shí)際解題時(shí)，兩電路中相同的部分都可以包實(shí)際解題時(shí)，兩電路中相同的部分都可以包含在線性電阻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部；含在線性電阻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部； 互易定理是特勒根定理的特例互易定理是特勒根定理的特例。若發(fā)現(xiàn)電源。若發(fā)現(xiàn)電源都置零時(shí)兩電路不同，就用特勒根解之。都置零時(shí)兩電路不同，就用特勒根解之。2022年6月24日星期五7例例1：測得：測得a圖中圖中U1= =10V，U2= =5V，求，求b圖中的電流圖中的電流 I。a圖圖線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)b2AU2adc+ +- -U1+ +- -線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)badcb圖圖2A+ +- -I5

6、 求開路電壓求開路電壓解法解法1：U2 = = U2 = =5V+ +- -UocReqab5 I思路：思路：求出求出b圖虛線框內(nèi)的圖虛線框內(nèi)的戴維寧等效電路后戴維寧等效電路后,再求再求I。 對(duì)照對(duì)照a圖，利用互易圖，利用互易定理即可得到：定理即可得到：線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)badc2A+ +- -U2+ +- -= = Uoc2022年6月24日星期五8求等效電阻求等效電阻ReqReq = = U1I1= = 102= = 5 + +- -5V5 ab5 I所以所以 I = = 0.5A Req例例1：測得：測得a圖中圖中U1=10V，U2=5V，求，求b圖中的電流圖中的電流 I。a圖圖線

7、性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)b2AU2adc+ +- -U1+ +- -線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)badcb圖圖2A+ +- -I5 線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)badc2A+ +- -U2+ +- -?U2 = = U1 = = 10V結(jié)合結(jié)合a圖可知圖可知2AI1I1Uoc = = 5V2022年6月24日星期五9例例1：測得：測得a圖中圖中U1= =10V，U2= =5V，求，求b圖中的電流圖中的電流I。解法解法2，應(yīng)用特勒根定理：，應(yīng)用特勒根定理：= = U1 I1- - U2 I2U1 I1+ + U2 I210 I- - 5 2 = = - - 5I 2 + +U2U2 0整理：整理：20I

8、= = 10a圖圖線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)b2AU2adc+ +- -U1+ +- -線性線性電阻電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)badcb圖圖2A+ +- -I5 I1 I1I2分別標(biāo)出兩電路對(duì)應(yīng)支路的電壓電流。分別標(biāo)出兩電路對(duì)應(yīng)支路的電壓電流。I1 = = I ,+ +- -U1 I2= =0- -U1 = = 5I注意到注意到解得：解得：I = = 0.5A2022年6月24日星期五10例例2：問圖示電路：問圖示電路 與與 取何關(guān)系時(shí)電路具有互易性取何關(guān)系時(shí)電路具有互易性?+ +- - U3 I+ +- - U1 1 Iabcd解：在解：在a-b端加電流源得端加電流源得Ucd = = UIS= (= ( +

9、 +1) I + + 3I= (= ( + +1) + + 3 IS在在c-d端加電流源得端加電流源得+ +- - U3 I+ +- - U1 1 IabcdISUab = = (= (3- - )I + + 3I + + U- - I+ + 3I + + U+ + (IS + + I)= (= (3- - + + + + ) IS 2022年6月24日星期五11如果要電路具有互易性，如果要電路具有互易性，+ +- - U3 I+ +- - U1 1 Iabcd例例2：問圖示電路：問圖示電路 與與 取何關(guān)系時(shí)電路具有互易性取何關(guān)系時(shí)電路具有互易性?Ucd = (= ( + +1) + + 3

10、ISUab = (= (3- - + + + + ) IS 應(yīng)有：應(yīng)有： Ucd = = Uab即：即：( ( + +1) + + 3 IS= (= (3- - + + + + ) IS 解得：解得： = = 0.5 本例說明：本例說明：含受控源的電路一般不具有互易性。含受控源的電路一般不具有互易性。2022年6月24日星期五124- -7* 對(duì)偶原理對(duì)偶原理電路中一些變量、名詞之間具有電路中一些變量、名詞之間具有“地位地位”相同而性相同而性質(zhì)質(zhì)“相反相反”的特性，這些變量、名詞稱為的特性，這些變量、名詞稱為對(duì)偶元素對(duì)偶元素。N RGNLC usisVCCSCCVS串聯(lián)串聯(lián)開路開路回路回路 K

11、VL 戴維寧戴維寧并聯(lián)并聯(lián)短路短路結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) KCL 諾頓諾頓電路元件電路元件電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 電路定律、定理電路定律、定理常見的對(duì)偶元素常見的對(duì)偶元素 將一個(gè)電路將一個(gè)電路 N的元素，改換成對(duì)偶元素，的元素，改換成對(duì)偶元素，所形成的電路所形成的電路 N，稱為，稱為 N的的對(duì)偶電路對(duì)偶電路。2022年6月24日星期五13 對(duì)偶關(guān)系：對(duì)偶關(guān)系： 將電路中某一關(guān)系式中的元素全部改換成對(duì)偶元素將電路中某一關(guān)系式中的元素全部改換成對(duì)偶元素而得到的新關(guān)系式稱為原關(guān)系式的對(duì)偶關(guān)系式。而得到的新關(guān)系式稱為原關(guān)系式的對(duì)偶關(guān)系式。 對(duì)偶原理：電路中若某一關(guān)系式成立，那么其對(duì)偶對(duì)偶原理：電路中若某一關(guān)系式成立，那么

12、其對(duì)偶關(guān)系式也一定成立。關(guān)系式也一定成立。 或者說，或者說，在對(duì)偶電路中，某些元素之間的關(guān)系在對(duì)偶電路中，某些元素之間的關(guān)系( (或或方程方程) )可以通過對(duì)偶元素的互換而相互轉(zhuǎn)換?？梢酝ㄟ^對(duì)偶元素的互換而相互轉(zhuǎn)換。 對(duì)偶原理是電路分析中出現(xiàn)的大量相似性的歸納對(duì)偶原理是電路分析中出現(xiàn)的大量相似性的歸納和總結(jié)。和總結(jié)。根據(jù)對(duì)偶原理，如果在某電路中導(dǎo)出某根據(jù)對(duì)偶原理，如果在某電路中導(dǎo)出某一關(guān)系式和結(jié)論，就等于解決了和它對(duì)偶的另一一關(guān)系式和結(jié)論，就等于解決了和它對(duì)偶的另一個(gè)電路中的關(guān)系式和結(jié)論。個(gè)電路中的關(guān)系式和結(jié)論。2022年6月24日星期五14例例1 1：串聯(lián)電路串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的對(duì)偶。和并聯(lián)

13、電路的對(duì)偶。總電阻總電阻 R = =k= =1nRk電流電流 i = =Ru總電導(dǎo)總電導(dǎo) G = =k= =1nGk電壓電壓 u = =Gi將串聯(lián)電路中的電壓將串聯(lián)電路中的電壓 u與并聯(lián)電路中的電流與并聯(lián)電路中的電流 i互換，互換，電阻電阻 R與電導(dǎo)與電導(dǎo) G互換，串聯(lián)電路中的公式就成為互換，串聯(lián)電路中的公式就成為并聯(lián)電路中的公式。反之亦然。并聯(lián)電路中的公式。反之亦然。- -+ +uiR1R2Rn+ + u1 - - + + u2 - -+ + un - - -+ +uiR1i1R2i2Rninuk = =Rk uR 分壓公式分壓公式ik = =Gk iG 分流公式分流公式2022年6月24日

14、星期五15例例2：網(wǎng)孔電流與結(jié)點(diǎn)電壓網(wǎng)孔電流與結(jié)點(diǎn)電壓的對(duì)偶。的對(duì)偶。R2R1R3+ +- -uS1+ +- -uS2im1im2(R1+ +R2) im1- -R2 im2= = uS1- -R2 im1+ +(R2+ +R3) im2= = uS2(G1+ +G2) un1- -G2 un2= = iS1- -G2 un1+ +(G2+ +G3) un2= = iS2把把 R 和和 G，us 和和 is ，網(wǎng)孔電流和結(jié)點(diǎn)電壓等對(duì)，網(wǎng)孔電流和結(jié)點(diǎn)電壓等對(duì)應(yīng)元素互換，則上面兩個(gè)方程彼此轉(zhuǎn)換。所以應(yīng)元素互換，則上面兩個(gè)方程彼此轉(zhuǎn)換。所以“網(wǎng)孔電流網(wǎng)孔電流”和和“結(jié)點(diǎn)電壓結(jié)點(diǎn)電壓“是對(duì)偶元素，這是

15、對(duì)偶元素，這兩個(gè)平面電路稱為對(duì)偶電路。兩個(gè)平面電路稱為對(duì)偶電路。G1G2G3iS1iS2un1un22022年6月24日星期五16若已知原電路的方程及其解答，則能若已知原電路的方程及其解答，則能直接寫出對(duì)偶電路的方程及解答。直接寫出對(duì)偶電路的方程及解答。使原有電路的計(jì)算方法及公式的記憶使原有電路的計(jì)算方法及公式的記憶工作減少一半。工作減少一半。 注意：注意： 對(duì)偶原理僅適用于平面電路；對(duì)偶原理僅適用于平面電路； 對(duì)偶并非等效！對(duì)偶并非等效！利用對(duì)偶原理利用對(duì)偶原理就是說，一個(gè)電路就是說，一個(gè)電路N的對(duì)偶電路為的對(duì)偶電路為N，并不是指并不是指N與與N等效。等效。2022年6月24日星期五17第五

16、章第五章 含有運(yùn)算放大器的電阻電路含有運(yùn)算放大器的電阻電路學(xué)習(xí)要點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1. 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型；2. 運(yùn)算放大器在理想化條件下的外部特性；運(yùn)算放大器在理想化條件下的外部特性；3. 含理想運(yùn)放的含理想運(yùn)放的電阻電阻電路的分析電路的分析；4. 幾個(gè)典型電路。幾個(gè)典型電路。2022年6月24日星期五18 重點(diǎn)重點(diǎn) 理想運(yùn)算放大器的外部特性、電路模型；理想運(yùn)算放大器的外部特性、電路模型； 用結(jié)點(diǎn)法分析含有運(yùn)算放大器的電阻電路。用結(jié)點(diǎn)法分析含有運(yùn)算放大器的電阻電路。 運(yùn)算放大器的電路模型；運(yùn)算放大器的電路模型； 理想運(yùn)算放大器兩個(gè)規(guī)則的應(yīng)用；理想運(yùn)算放大器兩個(gè)規(guī)則的應(yīng)用； 典型

17、電路分析。典型電路分析。 難點(diǎn)難點(diǎn)2022年6月24日星期五195-1 -1 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型1. 集成運(yùn)算放大器簡介集成運(yùn)算放大器簡介是一個(gè)包含許多晶體管的電子器是一個(gè)包含許多晶體管的電子器件，最早開始應(yīng)用于件，最早開始應(yīng)用于1940年，主要年，主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的用來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的功能，故稱集成運(yùn)算放大器。功能，故稱集成運(yùn)算放大器。 1960年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算放大器年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了廣泛的應(yīng)用。逐步集成化，大大降低了成本，獲得了廣泛的應(yīng)用。如今，集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用早已

18、超出模擬計(jì)算的如今，集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用早已超出模擬計(jì)算的范躊。它象一個(gè)性能很高的晶體管，只要外加少數(shù)范躊。它象一個(gè)性能很高的晶體管，只要外加少數(shù)幾個(gè)元件，就能方便地完成各種各樣的功能。幾個(gè)元件，就能方便地完成各種各樣的功能。2022年6月24日星期五20各種型號(hào)的集成運(yùn)放各種型號(hào)的集成運(yùn)放金屬封裝禮帽式金屬封裝禮帽式塑封雙列直插式塑封雙列直插式塑封單列直插式塑封單列直插式2022年6月24日星期五212. 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用(1)線性應(yīng)用線性應(yīng)用：工作于線性放大狀態(tài)工作于線性放大狀態(tài)。(2)非線性應(yīng)用：工作于開關(guān)狀態(tài)。非線性應(yīng)用：工作于開關(guān)狀態(tài)。集成運(yùn)放的集成運(yùn)放的電路形式電路形式

19、千變?nèi)f化千變?nèi)f化，應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛，但從工但從工作狀態(tài)看作狀態(tài)看，分為兩大類：分為兩大類：線性應(yīng)用線性應(yīng)用和和非線性應(yīng)用非線性應(yīng)用。 構(gòu)成構(gòu)成比例、加、減、乘、除、指數(shù)、對(duì)數(shù)、微分、比例、加、減、乘、除、指數(shù)、對(duì)數(shù)、微分、積分積分、有源濾波器有源濾波器 、正弦、正弦波發(fā)生器等電路波發(fā)生器等電路。 構(gòu)成電壓比較器、構(gòu)成電壓比較器、各種非正弦各種非正弦波發(fā)生器波發(fā)生器( (方波、方波、三角波、鋸齒波三角波、鋸齒波) )等電路。等電路。信號(hào)的運(yùn)算電路信號(hào)的運(yùn)算電路信號(hào)的處理電路信號(hào)的處理電路信號(hào)的發(fā)生電路信號(hào)的發(fā)生電路2022年6月24日星期五223. 電路結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)頻帶過窄頻帶過窄線

20、性范圍小線性范圍小缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：加入負(fù)反饋加入負(fù)反饋擴(kuò)展頻帶擴(kuò)展頻帶減小非線性失真減小非線性失真優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：高增益；高增益；輸入電阻大，輸出電阻小。輸入電阻大，輸出電阻小。輸輸入入級(jí)級(jí)輸入端輸入端中間級(jí)中間級(jí)用以電用以電壓放大壓放大輸輸出出級(jí)級(jí)輸出端輸出端線性應(yīng)用線性應(yīng)用時(shí)時(shí)偏置偏置電路電路2022年6月24日星期五23國產(chǎn)國產(chǎn)F007內(nèi)部原理圖內(nèi)部原理圖(對(duì)應(yīng)國外對(duì)應(yīng)國外 A741)同相同相輸入端輸入端反相反相輸入端輸入端輸輸出出端端正正電電源源負(fù)負(fù)電電源源調(diào)調(diào)零零端端調(diào)調(diào)零零端端A= =105.5u+ +u- -uo+ +15V- -15V2022年6月24日星期五24F007(或或 A74

21、1)有八個(gè)管腳：有八個(gè)管腳：腳為反相輸入端；腳為反相輸入端；腳為同相輸入端；腳為同相輸入端；腳為輸出端；腳為輸出端；和和腳為正腳為正、負(fù)電源端；、負(fù)電源端；和腳為調(diào)零端；和腳為調(diào)零端；腳為空腳。腳為空腳。通常接通常接10k 調(diào)零電位器，中心抽頭接調(diào)零電位器，中心抽頭接腳。腳。LM358為雙運(yùn)放為雙運(yùn)放單電源：單電源：330V雙電源：雙電源：1.515V自穩(wěn)零自穩(wěn)零2022年6月24日星期五254.電路符號(hào)電路符號(hào)+ +- -+ +A反反相輸入相輸入同同相輸入相輸入輸出端輸出端u- -u+ +uo+ +EC- -EC在電路符號(hào)圖中一般在電路符號(hào)圖中一般不畫出直流電源端，不畫出直流電源端，而只有而

22、只有 u+ +、u- -、 uo三三端和接地端。端和接地端。+ +- -+ +Au+ +uo+ +- -+ +- -u- -+ +- -+ +- -udA：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達(dá)十幾萬倍以上。可達(dá)十幾萬倍以上。圖中參考方向表示每一點(diǎn)圖中參考方向表示每一點(diǎn)對(duì)地的電壓，對(duì)地的電壓，在接地端未在接地端未畫出時(shí)尤須注意畫出時(shí)尤須注意。+ +- -u- -u+ +uo o有些資料采用這一符號(hào)有些資料采用這一符號(hào)2022年6月24日星期五265. 集成運(yùn)放的輸入集成運(yùn)放的輸入情況情況uo = = - -Au- -同相輸入同相輸入：uo = = Au+ +(1) 若在兩個(gè)輸入端同時(shí)加輸入

23、電壓若在兩個(gè)輸入端同時(shí)加輸入電壓 u+ + 和和u- -有：有：uo= = A (u+ +- -u- -) = = A ud叫做叫做雙端輸入雙端輸入。ud = = u+ +- -u- - 稱差動(dòng)電壓，稱差動(dòng)電壓，(2) 若只在一個(gè)輸入端加輸入電壓，另一端接地，若只在一個(gè)輸入端加輸入電壓，另一端接地，反相輸入：反相輸入：故也稱故也稱差動(dòng)輸入差動(dòng)輸入方式。方式。u- -u+ +uo+ +- -+ +Aud+ +- -u- -uo+ +- -+ +Aud+ +- -u+ +uo+ +- -+ +Aud+ +- -則稱為則稱為 單端輸入單端輸入。 有兩種方式有兩種方式2022年6月24日星期五276.

24、 運(yùn)算放大器的運(yùn)算放大器的外特性外特性加加 ud = = u+ + - - u- - ，得輸出得輸出 uo 與與 ud之間的特性曲線。之間的特性曲線。Usat - - ud/mVuo/V0- -Usat曲線曲線分三個(gè)區(qū)域：分三個(gè)區(qū)域：線性工作區(qū)線性工作區(qū)( (放大狀態(tài)放大狀態(tài))|ud| ，uo= = Usatud - - ，uo= -= -Usatu- -u+ +uo+ +- -+ +Aud+ +- -注意：注意： 是一個(gè)數(shù)值是一個(gè)數(shù)值如：如：Usat= =13V， A = =105，則則： = =0.13mV。很小的電壓很小的電壓。實(shí)際特性實(shí)際特性近似特性近似特性2022年6月24日星期五2

25、87. 運(yùn)放的電路模型運(yùn)放的電路模型工作在線性放大狀態(tài)時(shí)的模型工作在線性放大狀態(tài)時(shí)的模型RoA(u+ +- -u- -)+ +- -uo+ +- -Ri+ +u- -u+ +- -ud+ +- -非線性應(yīng)用時(shí)，非線性應(yīng)用時(shí)，應(yīng)開環(huán)運(yùn)行或引應(yīng)開環(huán)運(yùn)行或引入正反饋。入正反饋。線性應(yīng)用時(shí)，必線性應(yīng)用時(shí)，必須閉環(huán)運(yùn)行，即須閉環(huán)運(yùn)行，即在輸入輸出間引在輸入輸出間引入負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。入負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。u- -u+ +uo+ +- -+ +Aud+ +- - Ri 是輸入電阻，一是輸入電阻，一般為般為1031012 。 用用VCVS表示輸入電表示輸入電壓對(duì)壓對(duì)uo的控制作用。的控制作用。 Ro 是輸出電阻，一是輸出

26、電阻，一般為十幾幾百般為十幾幾百 。2022年6月24日星期五29+ +- -+ +A+ +- -ui+ +- -uoR1R2i1i2u- -+ +- -5- -2 比例電路分析比例電路分析用結(jié)點(diǎn)法分析用結(jié)點(diǎn)法分析 uo與與ui的關(guān)系的關(guān)系R11+ +Ri1+ +R21u- - -R21uo= =R1uiun1 = = u- -，un2 = = uo o，R21消去中間變量消去中間變量 u- - 并整理得到并整理得到)(- -u- -+ +Ro1+ +R21= =Ro- -Au- -uo()R2RoRi- -Au- -+ +- -uo+ +- -R1+ +- -ui+ +- -u- -uoui

27、2022年6月24日星期五30uoui= =R1- -R211+ +A - -R2Ro 表明：表明： + +- -+ +A+ +- -ui+ +- -uoR1R2i1i2u- -+ +- -1+ +R2Ro()1+ +R1R2+ +RiR2() A很大時(shí)，比例系數(shù)只取決于很大時(shí)，比例系數(shù)只取決于R1和和R2，與放大器本身的參數(shù)，與放大器本身的參數(shù)無關(guān)。集成運(yùn)放性能稍有改變，無關(guān)。集成運(yùn)放性能稍有改變，比例系數(shù)基本不受影響；比例系數(shù)基本不受影響；uiuo R1- -R2負(fù)號(hào)表明負(fù)號(hào)表明uo和和ui總是符號(hào)相總是符號(hào)相反反 (倒向或反相比例器倒向或反相比例器)。一些高精度運(yùn)放，一些高精度運(yùn)放，A可

28、達(dá)可達(dá)107，Ri很很大、大、 Ro很小。很小。所以：所以：02022年6月24日星期五315- -3 含理想運(yùn)放的電路分析含理想運(yùn)放的電路分析1. 在在線性應(yīng)用線性應(yīng)用時(shí)時(shí)的的兩條規(guī)則兩條規(guī)則Ri 規(guī)則規(guī)則 i- - = = i+ + = = 0輸入端輸入端相當(dāng)于相當(dāng)于斷路。斷路。理想運(yùn)放的參數(shù)：理想運(yùn)放的參數(shù)：(“虛斷虛斷”路路)u- -u+ +i+ +uo+ +- -+ +ud+ +- -i- -= =(u+ +- -u- -) = = 0= = uduoA規(guī)則規(guī)則 u+ + = = u- -反相端與同相端反相端與同相端相當(dāng)于相當(dāng)于短路。短路。A (“虛短虛短”路路) 分析方法：分析方法

29、：電路簡單時(shí)直接運(yùn)用兩條規(guī)則分析；電路簡單時(shí)直接運(yùn)用兩條規(guī)則分析；A，Ri ，Ro= = 0 復(fù)雜時(shí)，可結(jié)合結(jié)點(diǎn)電壓法分析。復(fù)雜時(shí)，可結(jié)合結(jié)點(diǎn)電壓法分析。2022年6月24日星期五322.典型電路分析典型電路分析(1)倒向倒向反相反相比例器比例器 實(shí)用中，當(dāng)實(shí)用中，當(dāng) R1和和 R2 確定后，為使確定后，為使uo不超過飽和不超過飽和電壓電壓(即保證工作在線性區(qū)即保證工作在線性區(qū))，對(duì)，對(duì)ui有一定限制。有一定限制。根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”的概念的概念根據(jù)根據(jù)“虛斷虛斷”的概念的概念即即 u+ + = = u- - = =0 得得即即 i- -= = 0，i1 = =R1uii2 = -= -R2u

30、o所以：所以：得得 i2= = i1R1ui = -= -R2uouo = -= -R1R2ui+ +- -+ + +- -ui+ +- -uoR1R2i1i2i- -虛地虛地2022年6月24日星期五33uR1= =R1+ + R2R1uouR1= =ui(2)非倒向非倒向同相同相比例器比例器R1、R2為串聯(lián)。為串聯(lián)。虛斷：虛斷：虛短：虛短：u+ + = = u- -由分壓公式：由分壓公式：R1R2uR1uo+ +- -+ + +- -+ +- -ui+ +- -uo= =R1R1+ +R2uiuoui= =1+ +R1R2所以：所以： uo與與ui同相；同相；輸入、輸出關(guān)系與運(yùn)放本身參數(shù)無

31、關(guān)；輸入、輸出關(guān)系與運(yùn)放本身參數(shù)無關(guān)；當(dāng)當(dāng) R1= = ，R2= =0時(shí)，時(shí)，uo= =ui，為電壓跟隨器，為電壓跟隨器?；颍夯颍?結(jié)論：結(jié)論：i- -i+ +i- - = = i+ + = = 02022年6月24日星期五34 稱隔離放大稱隔離放大器，亦稱緩器，亦稱緩沖放大器。沖放大器。(3) 電壓跟隨器電壓跟隨器R1= = ，R2= =0uo= =ui 輸入阻抗無窮大輸入阻抗無窮大(虛斷虛斷)； 輸出阻抗為零；輸出阻抗為零；應(yīng)用：在電路中起隔離前后兩級(jí)電路的作用。應(yīng)用：在電路中起隔離前后兩級(jí)電路的作用。 uo= = ui。特點(diǎn)特點(diǎn)R1R2uR1uo+ +- -+ + +- -+ +- -u

32、i+ +- -uo+ +- -+ + +- -ui+ +- -uiuo = = 1+ +R1R2()2022年6月24日星期五35例如例如插入緩沖放插入緩沖放大后，大后，RL的的變化就不會(huì)變化就不會(huì)影響影響 u2 。RL的變化會(huì)影響的變化會(huì)影響 u2。u2 = =R2R1+ +R2u1+ +- -+ +R1R2+ +u1RL- -+ +- -u2RiRo= 0R1R2+ +u1+ +- -u2- -RL2022年6月24日星期五36(4) 反相加法器反相加法器i1+ + i2 + + i3 = = if若若 R1 = = R2 = = R3 = = Rf ，R1ui1+ +R2ui2+ +R3

33、ui3= = - -Rfuouo = -= -RfR1ui1+ +RfR2ui2+ +RfR3ui3i- - = = 0u- - = = u+ + = = 0i- -()實(shí)現(xiàn)了比例加法運(yùn)算：實(shí)現(xiàn)了比例加法運(yùn)算：y = =a1x1+ +a2x2+ +a3x3則則 uo = -= -(u1+ + u2 + + u3) 。ui1+ +- -uoR1Rfi1R2ui2ifi2R3i3ui3+ +- -+ +2022年6月24日星期五37(5) 減法運(yùn)算減法運(yùn)算+ +- -+ +ui1+ +- -uoR1Rfi1R2ui2ifR3u- -u+ +i1= = ifi- - = = i+ + = = 0，

34、u- - = = u+ + i- -i+ +i1 = =ui1- - u- -R1if = =u- - - uoRf= =u- -= = u+ +解得：解得：uo o = = =R3R2+ +R3ui2R3R2+ +R3(1 + +RfR1)ui2- -RfR1ui1當(dāng)當(dāng) R1 = = R2 ， R3 = = Rf 時(shí)：時(shí)：uo o = =RfR1(ui2 - - ui1)當(dāng)當(dāng) R1 = = R2 = = R3 = = Rf 時(shí)：時(shí)：uo o = = ui2 - - ui12022年6月24日星期五383. 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo) 例例1+ +- -+ + +- -uoR6VRRR+ +- -求輸出

35、電壓求輸出電壓uo。解解1：用戴維寧定理：用戴維寧定理+ +- -+ +3V+ +- -uoRR+ +- -23化簡電路化簡電路RRuo o = -= -3236V+ +- -3R 3R3R解解2：也可以用：也可以用Y-D-D變換變換Ruo o = -= -63R= -= -2V= -= -2V倒向比例電路倒向比例電路2022年6月24日星期五39第五章第五章 含有運(yùn)算放大器的電阻電路含有運(yùn)算放大器的電阻電路學(xué)習(xí)要點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1. 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型；2. 運(yùn)算放大器在理想化條件下的外部特性；運(yùn)算放大器在理想化條件下的外部特性；3. 含理想運(yùn)放的含理想運(yùn)放的電阻電阻電路的分

36、析電路的分析；4. 幾個(gè)典型電路。幾個(gè)典型電路。2022年6月24日星期五40 重點(diǎn)重點(diǎn) 理想運(yùn)算放大器的外部特性、電路模型；理想運(yùn)算放大器的外部特性、電路模型； 用結(jié)點(diǎn)法分析含有運(yùn)算放大器的電阻電路。用結(jié)點(diǎn)法分析含有運(yùn)算放大器的電阻電路。 運(yùn)算放大器的電路模型；運(yùn)算放大器的電路模型； 理想運(yùn)算放大器兩個(gè)規(guī)則的應(yīng)用；理想運(yùn)算放大器兩個(gè)規(guī)則的應(yīng)用； 典型電路分析。典型電路分析。 難點(diǎn)難點(diǎn)2022年6月24日星期五415-1 -1 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型1. 集成運(yùn)算放大器簡介集成運(yùn)算放大器簡介是一個(gè)包含許多晶體管的電子器是一個(gè)包含許多晶體管的電子器件，最早開始應(yīng)用于件，最早開始

37、應(yīng)用于1940年，主要年，主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的用來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的功能，故稱集成運(yùn)算放大器。功能，故稱集成運(yùn)算放大器。 1960年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算放大器年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了廣泛的應(yīng)用。逐步集成化，大大降低了成本，獲得了廣泛的應(yīng)用。如今，集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用早已超出模擬計(jì)算的如今，集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用早已超出模擬計(jì)算的范躊。它象一個(gè)性能很高的晶體管，只要外加少數(shù)范躊。它象一個(gè)性能很高的晶體管，只要外加少數(shù)幾個(gè)元件，就能方便地完成各種各樣的功能。幾個(gè)元件，就能方便地完成各種各樣的功能。2022年6月24日

38、星期五42各種型號(hào)的集成運(yùn)放各種型號(hào)的集成運(yùn)放金屬封裝禮帽式金屬封裝禮帽式塑封雙列直插式塑封雙列直插式塑封單列直插式塑封單列直插式2022年6月24日星期五432. 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用(1)線性應(yīng)用線性應(yīng)用：工作于線性放大狀態(tài)工作于線性放大狀態(tài)。(2)非線性應(yīng)用：工作于開關(guān)狀態(tài)。非線性應(yīng)用：工作于開關(guān)狀態(tài)。集成運(yùn)放的集成運(yùn)放的電路形式電路形式千變?nèi)f化千變?nèi)f化，應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛，但從工但從工作狀態(tài)看作狀態(tài)看，分為兩大類：分為兩大類：線性應(yīng)用線性應(yīng)用和和非線性應(yīng)用非線性應(yīng)用。 構(gòu)成構(gòu)成比例、加、減、乘、除、指數(shù)、對(duì)數(shù)、微分、比例、加、減、乘、除、指數(shù)、對(duì)數(shù)、微分、積分積分、有源濾波器有源

39、濾波器 、正弦、正弦波發(fā)生器等電路波發(fā)生器等電路。 構(gòu)成電壓比較器、構(gòu)成電壓比較器、各種非正弦各種非正弦波發(fā)生器波發(fā)生器( (方波、方波、三角波、鋸齒波三角波、鋸齒波) )等電路。等電路。信號(hào)的運(yùn)算電路信號(hào)的運(yùn)算電路信號(hào)的處理電路信號(hào)的處理電路信號(hào)的發(fā)生電路信號(hào)的發(fā)生電路2022年6月24日星期五443. 電路結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)頻帶過窄頻帶過窄線性范圍小線性范圍小缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：加入負(fù)反饋加入負(fù)反饋擴(kuò)展頻帶擴(kuò)展頻帶減小非線性失真減小非線性失真優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：高增益；高增益；輸入電阻大，輸出電阻小。輸入電阻大，輸出電阻小。輸輸入入級(jí)級(jí)輸入端輸入端中間級(jí)中間級(jí)用以電用以電壓放大壓放大輸輸出出級(jí)級(jí)輸出

40、端輸出端線性應(yīng)用線性應(yīng)用時(shí)時(shí)偏置偏置電路電路2022年6月24日星期五45國產(chǎn)國產(chǎn)F007內(nèi)部原理圖內(nèi)部原理圖(對(duì)應(yīng)國外對(duì)應(yīng)國外 A741)同相同相輸入端輸入端反相反相輸入端輸入端輸輸出出端端正正電電源源負(fù)負(fù)電電源源調(diào)調(diào)零零端端調(diào)調(diào)零零端端A= =105.5u+ +u- -uo+ +15V- -15V2022年6月24日星期五46F007(或或 A741)有八個(gè)管腳：有八個(gè)管腳：腳為反相輸入端；腳為反相輸入端；腳為同相輸入端；腳為同相輸入端；腳為輸出端；腳為輸出端；和和腳為正腳為正、負(fù)電源端；、負(fù)電源端；和腳為調(diào)零端；和腳為調(diào)零端；腳為空腳。腳為空腳。通常接通常接10k 調(diào)零電位器，中心抽頭接

41、調(diào)零電位器，中心抽頭接腳。腳。LM358為雙運(yùn)放為雙運(yùn)放單電源：單電源：330V雙電源：雙電源：1.515V自穩(wěn)零自穩(wěn)零2022年6月24日星期五474.電路符號(hào)電路符號(hào)+ +- -+ +A反反相輸入相輸入同同相輸入相輸入輸出端輸出端u- -u+ +uo+ +EC- -EC在電路符號(hào)圖中一般在電路符號(hào)圖中一般不畫出直流電源端，不畫出直流電源端，而只有而只有 u+ +、u- -、 uo三三端和接地端。端和接地端。+ +- -+ +Au+ +uo+ +- -+ +- -u- -+ +- -+ +- -udA：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達(dá)十幾萬倍以上?？蛇_(dá)十幾萬倍以上。圖中參考方向表示

42、每一點(diǎn)圖中參考方向表示每一點(diǎn)對(duì)地的電壓，對(duì)地的電壓，在接地端未在接地端未畫出時(shí)尤須注意畫出時(shí)尤須注意。+ +- -u- -u+ +uo o有些資料采用這一符號(hào)有些資料采用這一符號(hào)2022年6月24日星期五485. 集成運(yùn)放的輸入集成運(yùn)放的輸入情況情況uo = = - -Au- -同相輸入同相輸入：uo = = Au+ +(1) 若在兩個(gè)輸入端同時(shí)加輸入電壓若在兩個(gè)輸入端同時(shí)加輸入電壓 u+ + 和和u- -有：有：uo= = A (u+ +- -u- -) = = A ud叫做叫做雙端輸入雙端輸入。ud = = u+ +- -u- - 稱差動(dòng)電壓，稱差動(dòng)電壓，(2) 若只在一個(gè)輸入端加輸入電壓

43、，另一端接地，若只在一個(gè)輸入端加輸入電壓，另一端接地，反相輸入：反相輸入：故也稱故也稱差動(dòng)輸入差動(dòng)輸入方式。方式。u- -u+ +uo+ +- -+ +Aud+ +- -u- -uo+ +- -+ +Aud+ +- -u+ +uo+ +- -+ +Aud+ +- -則稱為則稱為 單端輸入單端輸入。 有兩種方式有兩種方式2022年6月24日星期五496. 運(yùn)算放大器的運(yùn)算放大器的外特性外特性加加 ud = = u+ + - - u- - ，得輸出得輸出 uo 與與 ud之間的特性曲線。之間的特性曲線。Usat - - ud/mVuo/V0- -Usat曲線曲線分三個(gè)區(qū)域：分三個(gè)區(qū)域：線性工作區(qū)線

44、性工作區(qū)( (放大狀態(tài)放大狀態(tài))|ud| ，uo= = Usatud - - ，uo= -= -Usatu- -u+ +uo+ +- -+ +Aud+ +- -注意：注意： 是一個(gè)數(shù)值是一個(gè)數(shù)值如：如：Usat= =13V， A = =105，則則： = =0.13mV。很小的電壓很小的電壓。實(shí)際特性實(shí)際特性近似特性近似特性2022年6月24日星期五507. 運(yùn)放的電路模型運(yùn)放的電路模型工作在線性放大狀態(tài)時(shí)的模型工作在線性放大狀態(tài)時(shí)的模型RoA(u+ +- -u- -)+ +- -uo+ +- -Ri+ +u- -u+ +- -ud+ +- -非線性應(yīng)用時(shí)，非線性應(yīng)用時(shí)，應(yīng)開環(huán)運(yùn)行或引應(yīng)開環(huán)運(yùn)

45、行或引入正反饋。入正反饋。線性應(yīng)用時(shí)，必線性應(yīng)用時(shí)，必須閉環(huán)運(yùn)行，即須閉環(huán)運(yùn)行，即在輸入輸出間引在輸入輸出間引入負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。入負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。u- -u+ +uo+ +- -+ +Aud+ +- - Ri 是輸入電阻，一是輸入電阻，一般為般為1031012 。 用用VCVS表示輸入電表示輸入電壓對(duì)壓對(duì)uo的控制作用。的控制作用。 Ro 是輸出電阻，一是輸出電阻，一般為十幾幾百般為十幾幾百 。2022年6月24日星期五51+ +- -+ +A+ +- -ui+ +- -uoR1R2i1i2u- -+ +- -5- -2 比例電路分析比例電路分析用結(jié)點(diǎn)法分析用結(jié)點(diǎn)法分析 uo與與ui的關(guān)系的關(guān)系R11

46、+ +Ri1+ +R21u- - -R21uo= =R1uiun1 = = u- -，un2 = = uo o，R21消去中間變量消去中間變量 u- - 并整理得到并整理得到)(- -u- -+ +Ro1+ +R21= =Ro- -Au- -uo()R2RoRi- -Au- -+ +- -uo+ +- -R1+ +- -ui+ +- -u- -uoui2022年6月24日星期五52uoui= =R1- -R211+ +A - -R2Ro 表明：表明： + +- -+ +A+ +- -ui+ +- -uoR1R2i1i2u- -+ +- -1+ +R2Ro()1+ +R1R2+ +RiR2()

47、A很大時(shí)，比例系數(shù)只取決于很大時(shí)，比例系數(shù)只取決于R1和和R2，與放大器本身的參數(shù)，與放大器本身的參數(shù)無關(guān)。集成運(yùn)放性能稍有改變，無關(guān)。集成運(yùn)放性能稍有改變，比例系數(shù)基本不受影響；比例系數(shù)基本不受影響；uiuo R1- -R2負(fù)號(hào)表明負(fù)號(hào)表明uo和和ui總是符號(hào)相總是符號(hào)相反反 (倒向或反相比例器倒向或反相比例器)。一些高精度運(yùn)放，一些高精度運(yùn)放，A可達(dá)可達(dá)107，Ri很很大、大、 Ro很小。很小。所以：所以：02022年6月24日星期五535- -3 含理想運(yùn)放的電路分析含理想運(yùn)放的電路分析1. 在在線性應(yīng)用線性應(yīng)用時(shí)時(shí)的的兩條規(guī)則兩條規(guī)則Ri 規(guī)則規(guī)則 i- - = = i+ + = =

48、0輸入端輸入端相當(dāng)于相當(dāng)于斷路。斷路。理想運(yùn)放的參數(shù)：理想運(yùn)放的參數(shù)：(“虛斷虛斷”路路)u- -u+ +i+ +uo+ +- -+ +ud+ +- -i- -= =(u+ +- -u- -) = = 0= = uduoA規(guī)則規(guī)則 u+ + = = u- -反相端與同相端反相端與同相端相當(dāng)于相當(dāng)于短路。短路。A (“虛短虛短”路路) 分析方法：分析方法：電路簡單時(shí)直接運(yùn)用兩條規(guī)則分析；電路簡單時(shí)直接運(yùn)用兩條規(guī)則分析；A，Ri ，Ro= = 0 復(fù)雜時(shí)，可結(jié)合結(jié)點(diǎn)電壓法分析。復(fù)雜時(shí)，可結(jié)合結(jié)點(diǎn)電壓法分析。2022年6月24日星期五542.典型電路分析典型電路分析(1)倒向倒向反相反相比例器比例器 實(shí)用中，當(dāng)實(shí)用中，當(dāng) R1和和 R2 確定后，為使確定后，為使uo不超過飽和不超過飽和電壓電壓(即保證工作在線性區(qū)即保證工作在線性區(qū))，對(duì)，對(duì)ui有一定限制。有一定限制。根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”的概念的概念根據(jù)根據(jù)“虛斷虛斷”的概念的概念即即 u+ + = = u- - = =0 得得即即 i- -= = 0，i1 = =R1uii2 = -= -R2uo所以：所以：得得 i2= = i1R1ui = -= -R2uouo = -= -R1R2ui+ +- -+ +