課件電路及大三第五章

第五章含有運算放大器的電阻電路重點：※

含理想運算放大器電路的分析、計算

運算放大器(operationalamplifier)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。1.簡介

應用主要用于模擬計算機，可模擬加、減、積分等運算，對電路進行模擬分析。在信號處理、測量及波形產(chǎn)生方面也獲得廣泛應用。

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

符號7654321+15V－15V8個管腳：2：反相輸入端3：同相輸入端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1.電路符號5-1運算放大器(operationalamplifier)的電路模型aoE–Ab

地E+b_++u+u–uoAao(a)b_++u+u–uoAao+++__(b)+__+u+u-+_uoao+_ud_+A+b

電路符號a：

反相輸入端，輸入電壓u－b：同相輸入端，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。其中參考方向如圖所示，每一點均為對地的電壓，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)2.運算放大器的外特性b+__++udu+u–uoAao設在a,b間加一電壓ud=u+-u-，則可得輸出uo和輸入ud之間的轉(zhuǎn)移特性曲線如下：+__++_+__++u+u–uoaoudAbb+__++udu+u–uoAao(c)(d)分三個區(qū)域：①線性工作區(qū)：|ud|

<Uds,則uo=A(u+-u-)=Aud②正向飽和區(qū)：ud>Uds,則uo=Usat(正向飽和電壓)③反向飽和區(qū)：ud<-

Uds,則uo=-Usat(正向飽和電壓)實際特性Usat-UsatUds-UdsuoudO近似特性/V/mV3.電路模型b+__++udu+u-uoAao+_A(u+-u-)RoRinu+u–+_uo

在線性放大區(qū)，將運放電路作如下的理想化處理：①Auo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)。①虛短:u+=u-當一個端子接地時，u+=u-＝0，稱為“虛地”。②虛斷：

i+=0,i-=0。4.理想運算放大器的性質(zhì)規(guī)則：在線性放大區(qū)，將運放電路作如下的理想化處理：+__++udu+u-uoi+i-理想運放的電路符號A,Rin、RO05-2比例電路的分析倒向比例器：運放的輸出電壓通過電阻Rf反饋輸入端，稱為“閉環(huán)”運行。uoA+__+++_uiR1RfRL12(a)運放等效電路R1RiRfRoAu–u–uo+_+_+_+_uiRL21(b)用結(jié)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uiR1RiRfRoAu1+_+_u1+_uo+_RL運放等效電路21因A一般很大，上式中分母中Gf(AGo-Gf)一項的值比(G1+Gi+Gf)(G1+Gi+Gf)要大得多。所以，后一項可忽略，得表明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(反相比例器)。例如：設A=50000,Rin=1MΩ,R0=100Ω,而Rf=100KΩ,R1=10KΩ,則此近似結(jié)果可將運放看作理想運算放大器，直接利用理想運放的性質(zhì)求解。根據(jù)理想運放的特性分析：(1)根據(jù)“虛短”：（2）根據(jù)“虛斷”：(1)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。(2)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)。注意u+=u-

=0，i1=ui/R1i2=-uo

/Rfi-=0，i2=i1+_uo_+++_uiR1RfRLi1i2u+u-5-3含有理想運算放大器的電路的分析u+=u-=uin=u2i+=i-=0解：利用上述兩條規(guī)則故有：所以：1.

如圖所示非倒向比例器試求出輸出電壓u0與輸入電壓uin

之間的關系。_++uinR2R1u+u-i-+_uo+_i++_u2例題：2.

電壓跟隨器特點：輸入阻抗無窮大(虛斷)；應用：在電路中起隔離前后兩級電路的作用。_+++_uo+_uin例：可見，加入跟隨器后，隔離了前后兩級電路的相互影響。_R2RLR1+_u2+u1_+++_uinR1R2RL+_u2若：則：實現(xiàn)了加法運算

利用規(guī)則1，i–=0,得利用規(guī)則2，u–=0,得3.加法器+_uo_++R2Rfi-u-R1R3u1u2u3i1i2i3if①說明：含運算放大器的復雜電路可以列寫結(jié)點方程求解由于運放輸出端電流無法確定，因此不宜對該結(jié)點列方程，這是把運放理想化帶來的特點。值得注意的是理想運放有兩條規(guī)則可用，恰好可以彌補此點不足。例如本例中僅對1號結(jié)點列方程，注意i-=0。又un1=u–=0所以與上述結(jié)果一致。減法運算+_uo_++R2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2i1ifu-=u+i-=i+=0i1=if解得：u-=0i-=0iR=iC4.積分器C+_uo_+++_uinRiCi-u-iR5.微分器C+_uo_+++_uiRiCi-u-iR6.利用電壓源和運算放大器實現(xiàn)理想電流源i-Rs+_uo+_usRfisu-ifu＋_++i-=0即這說明支路電流is與Rf無關——恒流特性。例+_