电路原理第五章含运算放大器的电阻电路

1、电路原理第五章含运算放大器的电阻电路1第1页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五 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 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。下 页上 页返 回2第2页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五7654321+15V15V8 电路模块输入级偏

2、置电路中间级用以电压放大输出级输入端输出端符号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：空脚单向放大下 页上 页返 回3第3页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五+_+u+u-+_uoao+_ud_+A+b 电路符号a： 反向输入端，输入电压 ub：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)下 页上 页返 回4第4页，共26页，

3、2022年，5月20日，7点45分，星期五2. 运算放大器的输入输出关系+_+u+u-+_uoao+_ud_+A+b（1）a端加输入电压u 、b端接地（2）b端加输入电压u 、a端接地（3）a、b端同时加输入电压5第5页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五在 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： 线性工作区：|ud| 则 uo= Usatud- 则 uo= -Usat3. 运算放大器的外特性曲线是一个数值很小的电压，例如Usat=13V,A =105，则=0.13mV。Usat-Usat-Uo/VUd/mVO实际特

4、性近似特性au+u-uoo+_ud_+A+b下 页上 页返 回6第6页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五放大电路4. 电路模型输入电阻输出电阻当: u+= 0, 则uo=Au当: u= 0, 则uo=Au+_A(u+-u-)RoRiu+u-uo下 页上 页返 回IiIo输入电阻:输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻，定义为输入电压有效值Ui和输入电流有效值Ii之比输出电阻:输出电阻是从放大电路输出端看进去的等效电阻，定义为输出电压有效值Uo和输出电流有效值Io之比输入/输出电阻定义7第7页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五放大电路+_A(u+-u-

5、)RoRiu+u-uoRsRL输入/输出电阻性质Ro愈小，负载电阻RL变化时，Uo的变化愈小，放大电路的带负载能力愈强。 Ri越大，表明放大电路输入端的电流越小，放大电路所得到的输入电压Ui越接近信号源电压Us。实际运放具有高输入电阻、低输出电阻的性质。8第8页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五 在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理： Auo为有限值，则ud0 ,即u+=u-，两个输入端之间相当于短路(虚短路)； Ri 5. 理想运算放大器i+=0 , i=0。 即从输入端看进去，元件相当于开路(虚断路)。 Ro 09第9页，共26页，2022年，5月20日，7点45

6、分，星期五6. 含理想运放的分析规则虚短：由于运放的输入电压应该无穷小，同向输入端和反向输入端电压近似为零，故可以看成是短路-“虚短”虚断：由于运放的输入电流亦近似为零。故在分析计算含理想运放电路时，可以将运放的两个输入端视为开路-“虚断” 。虚地：当运放的同向端（或反向端）接地时，运放的另一端也相当于接地，我们称其为“虚地”。合理地运用上述规则，结合结点电压法，将可以简化含运放电路的分析。P120au+u-uoo+_ud_+b10第10页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五au+u-uoo+_ud_+biiio+_uo_+_uiR1RfRLi1i2u+u-虚断原则注意事项：

7、对于理想运放，两个输入端电流等于0，但输出端电流不一定为0。R1RiRfRo-Au+_+_u+_uo+_uiRL运放等效电路2111第11页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五R1RiRfRo-Au+_+_u+_uo+_uiRL运放等效电路21倒向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。Rf+_uo_+A+_uiR1RL下 页上 页返 回5.2 比例电路的分析12第12页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五用结点法分析：(电阻用电导表示)(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui-Gf un1(Gf+Go+GL

8、)un2 = GoAu1u1=un1整理，得(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui(-Gf +GoA)un1(Gf+Go+GL)un2 =0解得uiR1RiRfRo-Au1+_+_u1+_uo+_RL运放等效电路21下 页上 页返 回13第13页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五因A一般很大，上式分母中Gf(AGo-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 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)。下 页上 页返 回14

9、第14页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五根据理想运放的特性分析：(1) 根据“虚短”：（2）根据“虚断”：u+ = u- =0，i1= ui/R1 i2= -uo /Rfi-= 0，i2= i1+_uo_+_uiR1RfRLi1i2u+u-下 页上 页返 回5.3 含理想运算放大器的电路分析1. 倒向比例器15第15页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五2. 正相比例器u+= u-= uii+= i-= 0uo =(R2 + R1)/R1 ui =(1+ R2/R1) ui_+RiuiR2R1u+u-i-+_uo+_i+(uo-u-)/R2= u-/R1

10、根据 “虚断”规则特点（1）uo与ui同相（2）当R1=，R2=0时,uo=ui， 为电压跟随器下 页上 页返 回根据 “虚短”规则uo =(R2 + R1)/R1 u-16第16页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五3. 电压跟随器特点： 输入阻抗无穷大(虚断)；应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。 uo= ui。电路A电路B_+_+_uiuo下 页上 页返 回17第17页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。RL+_u2R2R1+_u1_+_u1R1R2RL+_u2A电路下 页上 页返 回电压跟随器的隔

11、离作用B电路B电路A电路18第18页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五4. 加法器比例加法器：y =a1x1+a2x2+a3x3 ，符号如下图：uo= -(Rf /R1 ui1 +Rf /R2 ui2+Rf /R3 ui3)+_uo_+R2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2ui3x1a1a2a3-1-yyx2x3下 页上 页返 回根据理想运放的虚短、虚断分析规则：ui1/R1+ ui2 /R2+ ui3 /R3 =-uo /Rfu-= u+=0i-=0+_uo_+R1RfRLi1i2u+u-19第19页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五5. 减法运算器

12、+_uo_+R2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2i1ifu-=u+i-=i+=0i1= if解得：下 页上 页返 回20第20页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五例1+_uo_+_4V4R2Ri1ifu+u-求uo解下 页上 页返 回u-=u+i-=i+=0i1= if第5章习题21第21页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五例2求图示电路中的电流ii+R1usR3R2u+u-i-R4解u-=usi-=0在结点1应用KCL得：22第22页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五例3+_uo_+_6VRRiu+u-RR+_uo_+_3V3/2RR求uo23第23页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五例4求u1u-u+i+u-= u+i+=0根据理想运放的虚短、虚断分析规则：u= u+=5vu2u2=30v即二级运放器的u+为30v在二级运放器的虚短原则u=30vu1=30v+u1+5V10_+_+ -550424第24页，共26页，2022年，5月20日，7点45分，星期五例5求u1和uo+uo+6V_+_+ -RRRRRRRu1u-u+i+根据一级理想运放的虚短规