5章 運放電路新

1、第五章含有運算放大器的電阻電路 一些典型電路 含運放的電路分析方法 理想運算放 大器的外部特性重點1重點 2重點 3 運算放大器運算放大器簡稱運放，是一種多端集成電路，通常由數(shù)十個晶體管和一些電阻構(gòu)成。運放是一種用途十分廣泛的電子器件，現(xiàn)已有上千種不同型號的集成運放。早期，運放用來完成模擬信號求和、微分和積分等運算，故稱為運算放大器?，F(xiàn)在，運放的應(yīng)用已遠遠超過運算的范圍。它在通信、控制和測量等設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。 5.1 運算放大器的電路模型1. 簡介集成運算放大器產(chǎn)生方波、鋸齒波等波形信號的發(fā)生電路信號的處理電路有源濾波器、精密整流電路、電壓比較器、采樣保持電路。 應(yīng)用信號的運算電路比例、加

2、、減、對數(shù)、指數(shù)、積分、微分等運算。 電路輸入級偏置電路電壓放大輸出級輸入端輸出端頻帶過窄線性范圍小缺點：加入負反饋擴展頻帶減小非線性失真優(yōu)點：高增益輸入電阻大，輸出電阻小 管腳7654321+15V15V8個管腳：2：倒向輸入端3：非倒向輸入端4、7：電源端6：輸出端1、5：外接調(diào)零電位器8：空腳單向放大電路符號a：倒向輸入端，輸入電壓ub：非倒向輸入端，輸入電壓u+o：輸出端, 輸出電壓 uo 運放與外部電路連接的端鈕只有四個：兩個輸入端、一個輸出端和一個接地端，運放可看為是一個四端元件。 圖中參考方向表示每一點對地的電壓，在接地端未畫出時尤須注意。A：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達十幾萬倍。:

3、公共端(接地端)注意+_+u+u-+_uoao+_udb_+A+ 運放工作在直流和低頻信號的條件下，其輸出電壓與差模輸入電壓的典型轉(zhuǎn)移特性曲線uo=f(ud)如圖示。2. 運算放大器的靜特性Usat-Usat-Uo/VUd/mV0實際特性au+u-uoo+_ud_+A+b該曲線有三個明顯的特點： 1uo和ud數(shù)量級不同：uo用V; ud用mV。 2. 在輸入信號很小(|ud|)的區(qū)域，曲線f(ud)近似于水平直線uo=Usat。Usat稱為飽和電壓，其量值比電源電壓低2V左右，例如E+=15V, E-=-15V，那么+Usat=13V, -Usat =-13V左右。工作于飽和區(qū)的運放，其輸出特

4、性與電壓源相似。Usat-Usat-Uo/VUd/mV0線性工作區(qū)：|ud| 那么 uo= Usatud0反向飽和區(qū) ud0理想運放的電路符號i-+_ududu+u-uo_+i+u+= u- i+=0 , i-=0虛短 虛斷 理想化條件：A Ri R00 5.2 比例電路的分析1. 倒向比例器運放開環(huán)工作極不穩(wěn)定，一般外部接假設(shè)干元件(R、C等)，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。+_uoRL_+A+Rf21R1RiRfRoAun1+_uoRL運放等效電路+_uiR1+_ui用結(jié)點法分析：(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui-Gf un1(Gf+Go+GL)un2=GoAun1整理，得：(G1

5、+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui-(Gf +GoA)un1(Gf+Go+GL)un2=0解得：2. 電路分析21R1RiRfRoAun1+_uoRL運放等效電路+_ui 當A很大，R0很小，Ri很大，再選擇適當?shù)腞1和Rf，那么有： 如，當A=50000，Ri=1M，R0=100，而Rf=100k，R1=10k，那么：根據(jù)“虛短：根據(jù)“虛斷：u+ = u- =0， i1= ui/R1 i2= -uo /Rfi-= 0，i2= i1注意i1i2+_uo+_uiR1RfRL21_+當R1 和Rf 確定后，為使uo不超過飽和電壓(即保證工作在線性區(qū))，對ui有一定限制。運放工作在開環(huán)狀態(tài)

6、極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū)；工作在閉環(huán)狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。(Rf 接在輸出端和反相輸入端,稱為負反響)。 注意+_uo+_uiR1RfRL21_+3.非倒向比例器u+= u-= uii+= i-= 0uo =(R1 + R2)/R2 ui =(1+ R1/R2) ui(uo-u-)/R1= u-/R2根據(jù)“虛短和“虛斷 uo與ui同相當R2=，R1=0時， uo=ui，為電壓跟隨器輸入、輸出關(guān)系與運放本身參數(shù)無關(guān)。結(jié)論RiuiR1R2u+u-i-+_uo+_i+_+5.3 含有理想運算放大器的電路分析根據(jù)理想運放的性質(zhì)，抓住以下兩條規(guī)那么：a倒向端和非倒向端的輸入電流均為零 “虛斷；b對于

7、公共端，倒向輸入端的電壓與非倒向輸入端的電壓相等 “虛短。1. 分析方法合理地運用這兩條規(guī)那么，并與結(jié)點電壓法相結(jié)合。1電壓跟隨器 輸入阻抗無窮大(虛斷)； 輸出阻抗為零；應(yīng)用：在電路中起隔離前后兩級電路的作用。 uo= ui。電路A電路B特點+_+_uiuo_+2. 典型電路例A電路R2RLR1+_u2+_u1+_u1R1R2RL+_u2_+B電路解：網(wǎng)絡(luò) N1和N2的轉(zhuǎn)移電壓比為 例1 電路如圖1所示，試計算開關(guān)接在a和a 位置，及接在b和b 位置時的轉(zhuǎn)移電壓比uo/uin。 開關(guān)S1、S2接在a、a 時，在 N1和 N2間插入電壓跟隨器，不會影響u1和K1的值，又由于跟隨器的輸出電阻為零

8、，N2的接入不會影響u2的值，即u1=u2。該電路總的轉(zhuǎn)移電壓比為 開關(guān) S1、S2接在b、b 時， N1和 N2直接相連，由于N2輸入電阻對N1的影響，K1將會變化，總轉(zhuǎn)移電壓比為 由此例可見，使用緩沖器可以隔離兩個電路的相互影響，從而簡化了電路的分析與設(shè)計。 2加法器比例加法器：y =a1x1+a2x2+a3x3 ，符號如以下圖：ui1/R1+ ui2 /R2+ ui3 /R3 =-uo /Rfuo= -(Rf /R1 ui1 +Rf /R2 ui2+Rf /R3 ui3)u-= u+=0i-=0 x1a1a2a3-1-yyx2x3+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2ui3_+

9、3減法運算u-=u+i-=i+=0i1= if+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2i1if_+解得：圖(b)是一個反相放大器。圖(c)是一個同相放大器電路。 圖(a)是一個減法放大電路。 小結(jié)4負阻變換器 用外加電源法求出 a、b兩端的VCR關(guān)系, 從而求得輸入電阻Rab。利用理想運放的虛短路特性，再用觀察法列出 得到 代入KVL方程 解得 當R1=R2時 例如R1=R2=1k，Rf=10k，Usat=10V，且運放輸入端ab兩點間電壓u0.5V時，Rab=-10k。 上式說明該電路可將正電阻Rf變換為一個負電阻。為了實現(xiàn)負電阻，要求運放必須工作于線性區(qū)，即 ，負電阻上的電壓應(yīng)滿足 例1 試用運放(例如LM741)、電阻器和電位器構(gòu)成一個線性電阻器，其阻值從-10k到+10k連續(xù)可調(diào)。 解：由圖所示電路模型，畫出其電原理圖。在實驗室按圖接線，并接通電源，那么在ad兩點間形成一個Rad=-Rf=-10k的線性電阻器。 為得到一個從-10k到+10k可連續(xù)變化的電阻，將一個20k電位器用作可變電阻器與上述負電阻串聯(lián)，其總電阻為 當電位器滑動端從b點向c點移動時， Rbd那么從-10k到+10k連續(xù)變化。 求輸出電壓uo解例1+_uo_+_4V4R2Ri1i2u+u-倒向比例電路3. 實例電路求輸出電壓uo解