運算放大器基本原理PPT

第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日重點（1）理想運算放大器的外部特性；（2）含理想運算放大器的電阻電路分析；（3）一些典型的電路；返回第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日

運算放大器是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應用于1940年，1960年后，隨著集成電路技術的發(fā)展，運算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越廣泛的應用。5.1運算放大器的電路模型1.簡介下頁上頁返回第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日應用信號的運算電路下頁上頁比例、加、減、對數(shù)、指數(shù)、積分、微分等運算。產生方波、鋸齒波等波形信號的處理電路信號的發(fā)生電路有源濾波器、精密整流電路、電壓比較器、采樣—保持電路。返回第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日

電路輸入級偏置電路中間級用以電壓放大輸出級輸入端輸出端下頁上頁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，輸出電阻小返回第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日下頁上頁集成運算放大器返回第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日

符號7654321+15V－15V8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：外接調零電位器8：空腳單向放大下頁上頁返回第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日電路符號a：倒向輸入端，輸入電壓u－b：非倒向輸入端，輸入電壓u+o：輸出端,輸出電壓uo在電路符號圖中一般不畫出直流電源端，而只有a,b,o三端和接地端。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。:公共端(接地端)下頁上頁注意+__+u+u-+_uoao+_udb_+A+返回第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日在

a,b間加一電壓

ud=u+-u-，可得輸出uo和輸入ud之間的轉移特性曲線如下：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下頁上頁返回第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日Usat-Usat-Uo/VUd/mV0分三個區(qū)域：①線性工作區(qū)：|ud|

<

則

uo=Aud②正向飽和區(qū)：③反向飽和區(qū)：ud>

則

uo=Usatud<-

則

uo=-Usat是一個數(shù)值很小的電壓，例如Usat=13V,A=105，則=0.13mV。近似特性下頁上頁注意返回第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日3.電路模型輸入電阻輸出電阻當:

u+=0,則uo=－Au－當:

u－=0,則uo=Au＋4.理想運算放大器下頁上頁+_A(u+-u-)RoRiu+u-＋－uo在線性放大區(qū)，將運放電路作如下理想化處理：①

Auo為有限值，則ud=0

,即u+=u-，兩個輸入端之間相當于短路(虛短路)②

Ri

i+=0,i－=0。

即從輸入端看進去，元件相當于開路(虛斷路)。③

Ro

0返回第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日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，一般外部接若干元件(R、C等)，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。下頁上頁+_uo+_uiR1RfRL21_+A+21R1RiRfRoAun1++_uoRL運放等效電路+_ui返回第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日用結點法分析：(電阻用電導表示)(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui-Gfun1＋(Gf+Go+GL)un2

=GoAu1u1=un1整理，得：(G1+Gi+Gf)un1-Gf

un2=G1ui(-Gf+GoA)un1＋(Gf+Go+GL)un2

=0解得：下頁上頁21R1RiRfRoAu1+_+_uoRL+_ui2.電路分析返回第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日因A一般很大，上式分母中Gf(AGo-Gf)一項的值比(G1+Gi+Gf)(G1+Gi+Gf)要大得多。所以uo/ui只取決于反饋電阻Rf與R1比值，而與放大器本身的參數(shù)無關。負號表明uo和ui總是符號相反(倒向比例器)。下頁上頁表明返回第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日根據(jù)“虛短”：根據(jù)“虛斷”：u+=u-

=0，i1=ui/R1i2=-uo

/Rfi-=0，i2=i1下頁上頁以上近似結果可將運放看作理想情況而得到。由理想運放的特性：注意i1i2+_uo+_uiR1RfRL21_++返回第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日當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)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,稱為負反饋)。

下頁上頁注意+_uo+_uiR1RfRL21_++返回第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日加法器比例加法器：y=a1x1+a2x2+a3x3

，符號如下圖：ui1/R1+ui2/R2+ui3/R3=-uo

/Rfuo=-(Rf/R1

ui1

+Rf

/R2

ui2+Rf/R3

ui3)u-=u+=0i-=0x1a1a2a3-1-yyx2x3下頁上頁+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2ui3_++2.典型電路返回第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日非倒向比例器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、輸出關系與運放本身參數(shù)無關。下頁上頁結論RiuiR1R2u+u-i-+_uo+_i+_++返回第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日電壓跟隨器①輸入阻抗無窮大(虛斷)；②輸出阻抗為零；應用：在電路中起隔離前后兩級電路的作用。③uo=ui。電路A電路B下頁上頁特點+_+_uiuo_++返回第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日例可見，加入跟隨器后，隔離了前后兩級電路的相互影響。A電路下頁上頁R2RLR1+_u2+_u1+_u1R1R2RL+_u2_++返回第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日減法運算u-=u+i-=i+=0i1=if解得：下頁上頁+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2i1if_++返回第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日求輸出電壓uo解下頁上頁例1+_uo_+++_4V4R2Ri1i2u+u-倒向比例電路返回第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日求輸出電壓uo解下頁上頁例2+_uo+_6VRRiu+u-RR_+++_uo_+++_3V3/2RR化簡電路返回第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日例3求輸出電壓uo解下頁上頁返回+uo+6VR_++3V+RRRu4u3u2u1_++_++第二十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日設計一個用運放和電阻組成的電路，其輸出電壓為：2x－y－z其中x、y