电路课件(邱关源)上交版.ppt

第五章 含有运算放大器 的电阻电路 l重点 （ 1）理想运算放大器的外部特性； （ 2）含理想运算放大器的电阻电路分析； （ 3）熟悉一些典型的电路。 l 运算放大器 operational amplifier 是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应 用于 1940年， 1960年后，随着集成电路技术的发展，运 算放大器逐步集成化，大大降低了成本，获得了越来越 广泛的应用。 5.1 运算放大器的电路模型 1. 简介 l 应用 主要用于模拟计算机，可模拟加、减、积分等 运算，对电路进行模拟分析。在信号处理、测 量及波形产生方面也获得广泛应用。 l 电路 输 入 级 偏置 电路 中间级 用以电 压放大 输 出 级 输入端 输出端 l 符号 7 6 54 3 2 1 15V － 15V 8个管脚 2反相输入端 3同相输入端 4、 7电源端 6输出端 1、 5外接调零电位器 8空脚 单 向 放 大 __ u u- _uo a o _ ud _ A b l 电路 符号 a 反向输入端，输入电压 u－ b 同向 输入端，输入电压 u o 输出端 , 输出电压 uo 在电路符号图中一般不画出直流电 源端，而只有 a,b,o三端和接地端。 其中参考方向如图所示，每一点均为对地的电压 ， 在接地端未画出时尤须注意。 A 开环电压放大倍数，可达 十几万倍 公共端 接地端 在 a,b 间加一电压 ud u-u-， 可得输出 uo和输入 ud之间的转移 特性曲线如下 分三个区域 ① 线性工作区 |ud|  则 uo Usat ud-  则 uo -Usat 2. 运算放大器的静特性 是一个数值很小的电压，例如 Usat13V,A 105， 则 0.13mV。 Usat -Usat - Uo/V Ud/mVO 实际特性 近似特性 a u u- uo o _ ud _ A b 3. 电路模型 输入电阻 输出电阻 当 u 0, 则 uo－ Au－ 当 u－ 0, 则 uoAu＋ 在线性放大区，将运放电 路作如下的理想化处理 ① A uo为有限值，则 ud0 ,即 u u-， 两个 输入端之间相当于短路 虚短路 ； ② Ri  4. 理想运算放大器 i0 , i－ 0。 即从输入端看进去， 元件相当于开路 虚断路 。 _Au-u- Ro Ri u u- ＋ － uo ③ Ro 0 5.2 比例电路的分析 1. 反相比例器 运放开环工作极不稳定，一般外部接若干元件 R、 C等 ，使其工作在闭环状态。 R1 Ri Rf Ro Au1_ _ u1 _ uo _ui RL 运放等效电路 21 _ uo _ A _ui R1 Rf RL 1 2 用结点法分析 电阻用电导表示 G1GiGfun1-Gf un2G1ui -Gf un1＋ GfGoGLun2 GoAu1 u1un1 整理，得 G1GiGfun1-Gf un2G1ui -Gf GoAun1＋ GfGoGLun2 0 解得 ui R1 Ri Rf Ro Au1_ _ u1 _ uo _ RL 运放等效电路 21 因 A一般很大，上式分母中 GfAGo-Gf一项的值比 G1 Gi Gf G1 Gi Gf要大得多。所以，后一项可忽略，得 近似结果可将运放看作理想情况而得到。 表明 uo / ui只取决于反馈电阻 Rf与 R1比值，而与放大器本 身的参数无关。负号表明 uo和 ui总是符号相反 反相比例器 。 根据理想运放的特性分析 1 根据 “虚短 ” （ 2）根据 “虚断 ” 1 当 R1 和 Rf 确定后，为使 uo 不超过饱和电压 即保证 工作在线性区 ，对 ui有一定限制 。 2 运放工作在开环状态极不稳定，振荡在饱和区 ;工作在 闭环状态，输出电压由外电路决定。 Rf 接在输出端和 反相输入端 ,称为负反馈 。 注意 u u- 0， i1 ui/R1 i2 -uo /Rf i- 0， i2 i1 _ uo _  _ ui R1 Rf RL i1 i2 u u- 3. 正相比例器 u u- ui i i- 0 uo [R1 R2/R2 ] ui 1 R1/R2 ui _  Ri ui R 1R2 u u- i- _ uo _ i uo-u-/R1 u-/R2 根据 “虚短 ”和 “虚断 ” 结论 （ 1） uo与 ui同相 （ 2）当 R2， R10时 ,uoui， 为电压跟随器 （ 3）输入、输出关系与运放 本身参数无关。 代入整理得 5.3 含有理想运算放大器的电路分析 i2 i1 i1i2 4. 电压跟随器 特点 ① 输入阻抗无穷大 虚断 ； ② 输出阻抗为零； 应用在电路中起隔离前后两级电路的作用。 ③ uo ui。 电 路 A 电 路 B _  _ _ui uo u0ui 例 可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。 R2 RL R1 _ u2 _ u1 _  _ u1 R1 R2 RL _ u2 A 电 路 5. 加法器 比例加法器 ui1/R1 ui2 /R2 ui3 /R3 -uo /Rf uo -Rf /R1 ui1 Rf /R2 ui2Rf /R3 ui3 u- u0 i-0 _uo _  R2 Rf i- u u- R1 R3 ui1 ui2 ui3 x1 a 1 a2 a3 -1-y yx2x 3 y a1x1a2x2a3x3 ， 符号如下图 6. 减法运算 _uo _  R2 Rf i- u u- R1 R3 ui1 ui2 i1 if u -u i-i0 i1 if 解得 7. 积分运算 u-0 i-0 iR iC 积分环节 C _uo _  _ui R iC i- u- iR x -y y-1 8. 微分运算 C _uo _  _ui R iC i- u- iR u-0 i-0 iR iC 9. 有源滤波器 滤波器是一种选频电路，选出有用的信号，抑止无用 信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小， 而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大，因为运 算放大器是有源元件，所构成的滤波器称为有源滤波器。 _uo _  R2 Rf i- u u- R1 C ui i1 if 有源低通滤 波器电路 u＋ u－ ＝ uC i-i0 i1 if 解得设 _uo _  R2 Rf i- u u- R1 C ui i1 if i2 幅频特性 截至频率 例 _ uo _  _4V 4R 2R i1 i2 u u- 求 uo 解 例 _ uo _  _ 6V R R i u u- R R _ uo _  _3V 3/2R R i1 i2 u-u0 等效 uo _  6V R _  _  3V R R R u4 u3 u2 u1 例 求 uo 解 练习 设计一个用运放和电阻组成的电路，其输出电压为 2x－ y－ z 其中 x、 y、 z 分别表示三个输入电压的值，设 x、 y、 z不 超过 10V, 同时要求每一个电阻的功率不超过 0.5W ， 确 定各电阻的值。 _uo _  R R R 2R uz ux Ru y