运算放大器26778.ppt

电 路,授课教师： 李 军 办公室电话：84315147 办公室地点：基础实验楼338 E-mail：,第5章 运算放大器,5.1 运算放大器的概述 5.2 运算放大器构成的比例器 5.3 运算放大器典型电路的分析,5.1 运算放大器概述,运算放大器（运放）是一种多端集成电路，它的电压放大倍数（电压增益）很高。运放通常由数十个晶体管和一些电阻构成。早期，运放用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。 现在已有上千种不同型号的集成运放。运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。它的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到了广泛应用。如用于各种测量电路、音响电路、有源滤波器、电压比较器、恒流源、加（减）法器、桥式传感器放大电路等等。,5.1 运算放大器概述,5.1 运算放大器概述,运放图例,5.1 运算放大器概述,运放图例,5.1 运算放大器概述,A741封装图,/，/Index.html LM358 LM2902,运放器件的电气图形符号如图(a)所示。u-、u+和uo分别表示反相输入端、同相输入端和输出端相对接地端的电压。ud=u+-u-称为差模输入电压。,1、运算放大器简介,5.1 运算放大器概述,5.1 运算放大器概述,运放工作在直流和低频信号的条件下，其输出电压与差模输入电压的典型转移特性曲线uo=f(ud)如图示。该曲线有三个明显的特点：,（1）uo和ud有不同的比例尺度：uo用V; ud用mV。,2、运算放大器的转移特性曲线,5.1 运算放大器概述,（2） 在输入信号很小(|ud|)的区域，曲线f(ud)饱和于uo=Usat。Usat称为饱和电压，其量值比电源电压低2V左右，例如E+=15V, E-=-15V，则+Usat=13V,-Usat =-13V左右。工作于饱和区的运放，其输出特性与电压源相似。,5.1 运算放大器概述,3、运算放大器的等效电路,实际运算放大器输入电阻Ri很大，输入电流很小，输出电阻R0很小，开环电压增益A很大。,5.1 运算放大器概述,4、理想运算放大器模型 实际运放的开环电压增益非常大(A=105108)，可以近似认为A=和=0。此时,有限增益运放模型可以进一步简化为理想运放模型。理想运放模型的符号如图(a)所示，其转移特性曲线如图(b)所示。,5.1 运算放大器概述,向右的三角形表示运放是一种单方向工作的器件。,理想运放理想化条件：,a反相端 b同相端 o输出端,5、理想运算放大器理想化条件,5.1 运算放大器概述,理想运放理想化条件：,“虚断”和“虚短”的概念，是分析含理想运放电路的基础。,5.1 运算放大器概述,5.1 运算放大器概述,在使用过程中，运算放大器常用下列接法：,将正向输入端接地，此时ub0，则uo= -Aua,在理想情况下， ， uo为有限值，则当 时， ，此即“虚地”的概念，即在电路方程中 可以将ua0代入，但在电路图中，不能将a点直接接地,1. 电压跟随器 图示为电压跟随器，是一种最简单的运放电路。,显然，该电路的输出电压uo将跟随输入电压uin的变化，故称为电压跟随器。,5.2 运算放大器构成的比例器,5.2 运算放大器构成的比例器,由于该电路的输入电阻Ri为无限大(uin=0)和输出电阻Ro为零，将它插入两个双口网络之间（如下图所示）时，既不会影响网络的转移特性，又能对网络起隔离作用，故又称为缓冲器。,5.2 运算放大器构成的比例器,2. 反相放大器,利用理想运放输入端口的虚断路特性(i-=i+=0)，写出电路中结点的KCL方程,解得,5.2 运算放大器构成的比例器,当RfR1时，输出电压的幅度比输入电压幅度大，该电路是一个电压放大器。式中的负号表示输出电压与输入电压极性相反，故称为反相放大器。 例如, R1=1k,Rf=10k, uin(t)=8cost mV时，输出电压为,5.2 运算放大器构成的比例器,如上所示电路，实际运放经等效后如右图所示，,实际运放理想化后所得结果误差很小,对节点1有：,对节点2有：,5.2 运算放大器构成的比例器,实际运放理想化后所得结果误差很小,联立求解得:,设：A=50000，Ri=1M，R0=100，R1=10k，Rf=100K,5.2 运算放大器构成的比例器,理想化分析：由“虚短”、“虚断”两个规则可得,实际运放理想化后所得结果误差很小,由此可知，实际运放经理想化分析后，误差很小。,5.2 运算放大器构成的比例器,3. 同相放大器,利用理想运放的虚短特性，写出图示电路中结点的KCL方程,解得,5.2 运算放大器构成的比例器,由于输出电压的幅度比输入电压的幅度大，而且极性相同，故称为同相放大器。 例如R1=1k,Rf=10k, uin(t)=8cost mV时，输出电压为,5.2 运算放大器构成的比例器,4. 加法运算电路,利用理想运放的虚短路特性，写出图示电路中结点的KCL方程,5.2 运算放大器构成的比例器,当R1=R2=R时，上式变为,该电路输出电压幅度正比于两个输入电压之和，实现了加法运算。当R3 R1=R2时，还能起反相放大作用，是一种加法放大电路。,解得,5.2 运算放大器构成的比例器,5. 微分电路,输出电压和输入电压的微分成正比，故称微分电路,5.2 运算放大器构成的比例器,6. 积分电路,输出电压和输入电压的积分成正比，故称积分电路,5.2 运算放大器构成的比例器,7. 负阻变换器,用外加电源法求出 a、b两端的VCR关系, 从而求得输入电阻Rab。利用理想运放的虚短路特性，再用观察法列出,5.2 运算放大器构成的比例器,得到,代入KVL方程,解得,当R1=R2时,5.2 运算放大器构成的比例器,上式表明该电路可将正电阻Rf变换为一个负电阻。为了实现负电阻，要求运放必须工作于线性区，即 ， 由式可求得负电阻上的电压应满足,5.2 运算放大器构成的比例器,5.3 运算放大器典型电路分析,5.3 运算放大器典型电路分析,分析方法：节点电压法,采用概念：“虚短”，“虚断”，“虚地”,避免问题：对含有运放输出端的节点不予列方程,求解次序：由最末一级的运放输入端开始，逐渐前移,例1：电路如图所示，求uo/ui。,5.3 运算放大器典型电路分析,5.3 运算放大器典型电路分析,解：,由“虚地”：,对4节点：,对2节点：,整理并消去中间变量得：,5.3 运算放大器典型电路分析,5.3 运算放大器典型电路分析,例2：电路如图所示，试求电压传输比u2/u1,5.3 运算放大器典型电路分析,例3：电路如图所示，试求电压传输比u2/u1,5.3 运算放大器典型电路分析,解：,由“虚短”：,对a点，由“虚断”可得：,对b点，由“虚断”可得：,对c点，由“虚断”可得：,5.3 运算放大器典型电路分析,若需要求流过R1的电流i1，则有：,若需求u1两端看进去的等效电阻，则有：,5.3 运算放大器典型电路分析,例4：电路如图所示，试求电流i，输入电阻Ri,R2,R1,ui,b,a,d,R1,c,R1,R1,+,-,R1,e,ii,i,例5：求电压传输比,5.3 运算放大器典型电路分析,解：,由“虚地”：,对a点：,“虚断”（因 自导纳不考虑）,5.3 运算放大器典型电路分析,比例器,5.3 运算放大器典型电路分析,例6：R= 1, C=