含有運(yùn)算放大器的電阻電路

第五章含有運(yùn)算放大器的電阻電路一般的放大器的作用是把輸入電壓放大一定的倍數(shù)輸出運(yùn)算放大器是一種多級(jí)放大電路,它的增益很高,可達(dá)幾萬倍以上,并且可以達(dá)到高輸入電阻和低輸出電阻,用它可以完成各種數(shù)學(xué)運(yùn)算,故稱運(yùn)算放大器。1中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路輸入級(jí)4、偏置電路給前三部分提供固定的和合適的偏置電流，一般由恒流源電路構(gòu)成。5.1運(yùn)算放大器的電路模型1、輸入級(jí)要求：輸入電阻高，零點(diǎn)漂移小，采用差動(dòng)放大電路2、中間級(jí)電壓放大倍數(shù)高，一般采用共射放大電路3、輸出級(jí)要求，輸出電阻低，帶載能力強(qiáng)，能輸出較大的電壓幅度及功率。一般都由互補(bǔ)對稱電路構(gòu)成兩個(gè)輸入端2輸入ui=0時(shí)，，輸出有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。放大電路的特殊問題——零點(diǎn)漂移34

運(yùn)算放大器實(shí)際上就是一個(gè)直接耦合的多級(jí)放大電路，它有兩個(gè)輸入端,一個(gè)輸出端。單運(yùn)放：

LM741/A741雙運(yùn)放：LM747（雙741）單電源四運(yùn)放：LM124/224/324雙電源四運(yùn)放：LM148/248/348等等。電路的簡單說明LM741

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2腳為反相輸入端。由此端輸入信號(hào)，則輸出信號(hào)和輸入信號(hào)是反相的。

3腳為同相輸入端。由此端輸入信號(hào)，則輸出信號(hào)和輸入信號(hào)是同相的。各管腳的用途是：4腳為負(fù)電源端。7腳為正電源端。6腳為輸出端。8腳為空腳1和5腳為外接調(diào)零電位器（通常為10KΩ）的兩個(gè)端子。8腳為空腳。其典型接法如下圖所示5其典型接法如下圖所示154237610KΩ-15V+15V>6它有兩個(gè)輸入端一個(gè)輸出端兩個(gè)電源端各接正負(fù)電源進(jìn)一步簡化得以下圖形符號(hào)1542376-15V+15V>7簡化電路一般情況下，電源可以不畫出>>8u-:倒向輸入端,反向輸入端,就是由此端輸入信號(hào)，則輸出信號(hào)和輸入信號(hào)是反相的。u+:非倒向輸入端,同向輸入端,就是由此端輸入信號(hào)，則輸出信號(hào)和輸入信號(hào)是同相的。tu-tuotu+tuo>9>10>>11o+Uo(sat)-Uo(sat)udu0實(shí)際特性運(yùn)放的輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系可以用右圖近似表示,在一個(gè)很小的范圍,輸入和輸出的關(guān)系是一條過原點(diǎn)的直線,其斜率等于A。由于放大倍數(shù)A值很大，所以這段直線很陡，當(dāng)電壓超出這個(gè)很小的范圍，運(yùn)放趨于飽和。12運(yùn)放的電路模型+-+-+-uuu-+oinR

RoAudRin為運(yùn)放的輸入電阻，很大R0為輸出電阻，很小運(yùn)放的這種工作狀態(tài)稱為開環(huán)運(yùn)行，A開環(huán)放大倍數(shù)13理想運(yùn)算放大器1、理想運(yùn)算放大器條件實(shí)際運(yùn)放上述指標(biāo)接近理想化條件，故用理想運(yùn)放代替實(shí)際運(yùn)放所引起的誤差并不嚴(yán)重，在工程上是允許的。開環(huán)放大倍數(shù)A→∞輸入電阻Rin→∞開環(huán)輸出電阻Ro→0uo=∞(u+-u-)理想運(yùn)放在圖中加否則用符號(hào)A￥>14o+Uo(sat)-Uo(sat)u+-u-u0實(shí)際特性理想特性分析運(yùn)放電路時(shí)，首先要區(qū)分集成運(yùn)放是工作在線性區(qū)還是非線性區(qū)（飽和區(qū)）傳輸特性￥>15o+Uo(sat)-Uo(sat)實(shí)際特性u+-u-線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)從運(yùn)放的傳輸特性看，可分為線性區(qū)和飽和區(qū)，運(yùn)放在不同區(qū)工作時(shí)的分析方法不同：線性區(qū)：uo=A

(u+-u-)因?yàn)閡o為有限值，A為無限大，所以(u+-u-)≈0。即u+≈u-我們稱為“虛短”因?yàn)镽in→∞

，故兩輸入端的輸入電流為零。

我們稱為“虛斷”16o+Uo(sat)-Uo(sat)實(shí)際特性u+-u-線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)：

uo≠A

(u+-u-)對理想運(yùn)放當(dāng)u+

>u-

時(shí),uo=+Uo(sat)

當(dāng)u+

<u-

時(shí),uo=-Uo(sat)

但兩輸入端的輸入電流仍為零。￥>17例：F007運(yùn)放的電源

15V，開環(huán)放大倍數(shù)A=2105,輸出最大電壓為Uo(sat)=13V18理想運(yùn)放應(yīng)滿足的條件：

由此得出了兩個(gè)重要結(jié)論(1)“虛短”(2)“虛斷”但是，這兩個(gè)條件的使用必須是運(yùn)放工作在線性區(qū)。3、開環(huán)輸出電阻Ro2、輸入電阻Rin1、開環(huán)放大倍數(shù)A→∞→∞→019但我們也已經(jīng)知道：負(fù)反饋能減小放大電路的放大倍數(shù)，而且反饋愈深這種作用愈明顯；加上負(fù)反饋在其它方面還可以改善放大電路的性能，所以——解決的方法是：在電路中引入深度負(fù)反饋。我們已經(jīng)知道：A→∞，則當(dāng)差動(dòng)輸入電壓極小時(shí)（如毫伏級(jí)以下的信號(hào)），也足以使運(yùn)放飽和。205.2比例電路的分析虛短Q閉環(huán)放大倍數(shù)1、理想運(yùn)放的分析又∵虛斷u-=u+=0則電流i1等于電流i2從反相輸入端輸入R1R2uinu0i2i121R1R2uinu0i2i12、非理想運(yùn)放的分析--+++-u-+oinR

Ro-Au-uinR1R2u-12122--+++-u-+oinR

Ro-Au-uinR1R2u-1223由上式可見,如果A很大,R0很小,Rin很大24可見,用理想運(yùn)放的分析方法足夠精確比例電路的輸出電壓和輸入電壓成比例,不同的電阻選擇,可獲得不同的比例。25反相器時(shí)當(dāng),1,1-==uf2ARR輸出和輸入的比例關(guān)系只與電阻有關(guān)，如果電阻精度足夠高，運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)也足夠大，就能保證比例的精度。R1R2uinu0i2i126因?yàn)樘摱蘵-=u+=uin輸入信號(hào)從同相輸入端引入R2uinu0R11、同相比例5.3理想運(yùn)放電路的分析iR1iR2因?yàn)樘摂鄆R1=iR227uinu0用電阻電路也可以得到比例關(guān)系,和運(yùn)放電路有何不同?28uinR1R2uO接入負(fù)載，將影響輸出電壓用運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)隔離的作用如果有一個(gè)電阻分壓電路29uinu0R2R130例:求uo可見輸出電壓只和分壓有關(guān)，其精度很高，可作基準(zhǔn)電壓u015K15K7.5K15V31三個(gè)運(yùn)放都是電壓跟隨器,例:求uoR1Fui1u01R3Fui2u02R2FuoR4AuB結(jié)點(diǎn)電壓法3233R1Fui1u01R3Fui2u02R2FuoR4AuB342.加法運(yùn)算(1)反相加法運(yùn)算因?yàn)閕1+i2+i3=if所以ui1/R1+ui2/R2+ui3/R3=(0-u0)/RFifR1RFui1u0R2R3ui2ui3i1i2i33536R1RFui1u0R2R3ui2ui3i1i2i3用結(jié)點(diǎn)電壓法列方程37(2)同相加法運(yùn)算R21R1RFui1u0iFi1R22R23ui2383.減法運(yùn)算用疊加原理R2R1RFui2u0iFi1R3ui1可以直接套公式(1)39R2R1RFui2u0iFi1R3(2)4041R2R1RFui2u0iF