电子电路辅导课件1-4(运放)

1、(1-1)uP输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路uNuO输入级：输入级：采用采用差动放大电路，以提高输入电阻，减小差动放大电路，以提高输入电阻，减小 零点漂移和抑制干扰信号零点漂移和抑制干扰信号。 四、集成运放及其基本应用四、集成运放及其基本应用(1-2)u+输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路u-uO中间级：中间级：主要进行主要进行电压放大电压放大， 一般由一般由共发射极放大电路共发射极放大电路构成。构成。 输出级：输出级：采用互补对称功放电路或射极输出器，采用互补对称功放电路或射极输出器， 以便以便输出足够大的电流和功率输出足够大的电流和功率， 并降低输出

2、电阻，并降低输出电阻，提高带负载能力。提高带负载能力。 偏置电路：偏置电路：一般是由恒流源电路组成，一般是由恒流源电路组成， 为电路为电路提供稳定和合适的静态工作点提供稳定和合适的静态工作点。 (1-3)A Au uo o 高高: : 8080dBdB140dB,140dB,即即10104 410107 7r ridid 高高: 10: 105 510101111 r ro o 低低: : 几十几十 几百几百 K KCMRCMR高高: : 7070dBdB130dB130dB(1-4)开环差模电压放大倍数无穷大开环差模电压放大倍数无穷大 Auo ，差模输入电阻无穷大差模输入电阻无穷大 rid

3、，开环输出电阻为零开环输出电阻为零 ro 0 ，共模抑制比无穷大共模抑制比无穷大 KCMR +Uo(sat)Uo(sat)线性区线性区理想特性理想特性实际特性实际特性饱和区饱和区 O u+ u uo(1-5)线性区：线性区：uo = Auo( (u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+ u 时，时， uo = Uo(sat) (1-8) 集成运算放大器引入适当的负反馈，可使输出和集成运算放大器引入适当的负反馈，可使输出和输入之间具有某种函数关系，如比例、加法、减法、输入之间具有某种函数关系，如比例、加法

4、、减法、积分、微分、对数与反对数、乘除等运算。积分、微分、对数与反对数、乘除等运算。 输入、输出另一端均输入、输出另一端均为地为地, “ 、+、- ”可略可略。uoRFuiR2R1+ R2 = R1 / RF(1-9)ifiiii+uoRFuiR2R1+ 因因u=u+= 0因因i+= i = 0所以所以 ii if 1iiRuui FofRuui 1iiRui FofRui Fo1iRuRu i1FouRRu 1FiofRRuuAu 闭环电压放大倍数：闭环电压放大倍数：(1-10)i1FouRRu uoRFuiR2R1+ 反馈电路直接从输反馈电路直接从输出端引出出端引出电压反馈电压反馈输入信号

5、和反馈信号加在输入信号和反馈信号加在同一输入端同一输入端并联反馈并联反馈反馈信号使净输入反馈信号使净输入信号减小信号减小负反馈负反馈(1-11)例例1. 电路如图所示，试分别计算开关电路如图所示，试分别计算开关S断开和闭合时的电压放大倍数断开和闭合时的电压放大倍数Auf 。1. 当当S断开时：断开时：解：解：511101 RRAFufuouiR21k+ 1k1kS10kiiifii (1-12)2. 当当S闭合时：闭合时：iiiuui32211 uouiR21k+ 1k1kS10kiiifii iiiuii3121 1010oofuuui fiii 3 . 31031 ioufoiuuAuu(

6、1-13)uoRFuiR2R1+ R2=R1/RFiuuu 1i110RuRui FoiFofRuuRuui ifi1uRRuRRu)1 ()1 (1Fi1Fo闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 :1Fiouf1RRuuA fiii 则因因i+= i = 0i+= i = 0(1-14) 输入信号和反馈信号分别输入信号和反馈信号分别加两个输入端加两个输入端串联反馈串联反馈反馈电路直接从输反馈电路直接从输出端引出出端引出电压反馈电压反馈 反馈信号使净输入反馈信号使净输入信号减小信号减小负反馈负反馈uoRFuiR2R1+ (1-15)uiuoRFR3R2+ R1uRRuo)1 (1Fi3 231F)

7、1 (uRRRRR(1-16) 即即 R1= ，RF = 0 ，Auf = 1 ， uo = ui ， 称称电压跟随器电压跟随器。uoui+ uo+ 15k 15k +15V 7.5k 例例2. 试计算图示电路中试计算图示电路中uo的大小的大小 。0 ii解：由于解：由于Vuuu5 . 71521o uo只与电源电压和分压电阻只与电源电压和分压电阻有关，而与负载电阻大小和运放有关，而与负载电阻大小和运放的参数无关。的参数无关。 (1-17)例例3. 如图所示电路，已知如图所示电路，已知RF100k， R150k，输入电压，输入电压 ui3sint V， 求电压放大倍数和输出电压求电压放大倍数和

8、输出电压uo。uoRFuiR2R1+ 350100111Fuf RRA解解 ：电压放大倍数：电压放大倍数VtuAu sin9iufo (1-18)R2= Ri1 / Ri2 / Ri3 / RFii3ii1if因因u= u+= 01i1i1iRui 2i2i2iRui 3i3i3iRui FofRui i3i2i1fiiii 因因虚断虚断，i = i+ = 0 )(i33Fi22Fi11FouRRuRRuRRuiii 当当Ri1= Ri2= Ri3= RF时，时， )(i3i2i1ouuuu uoui1RFui3Ri1Ri3+ R2ui2Ri2ii2(1-19)例例4. 一个测量系统的输出电压

9、和某些输入信号的数一个测量系统的输出电压和某些输入信号的数值关系为值关系为uo=-(4ui1+2ui2+0.5ui3)，试选择图示电路中，试选择图示电路中各输入电路的电阻和平衡电阻。设各输入电路的电阻和平衡电阻。设RF=100 k。uoui1RFui3Ri1Ri3+ R2ui2Ri2)(i33Fi22Fi11FouRRuRRuRRuiii解：解： kRRi254F1 kRRi502F2 kRRi2005 . 0F3 kRRRRRiii3 .13/F3212 (1-20)ui2uoRFui1R3R2+ R1R2 / R3 = R1 / RF ui1单独作用时单独作用时 反相输入比例运算：反相输入

10、比例运算：1i1F 1ouRRu ui2单独作用时，为同相输入比例运算：单独作用时，为同相输入比例运算： uRRuo)1(1F22i3 231F)1(uRRRRR u+(1-21)ui2uoRFui1R3R2+ R1u+1i1F2i3 231F)1(uRRuRRRRR 2o 1ouuuo 如果取如果取 R1 = R2 ，R3 = RF )(1i2i1FouuRRu 则：则： 如如 R1 = R2 = R3 = RF 1i2iouuu 则：则：输出电压等于两个电压之差。输出电压等于两个电压之差。(1-22)例例5. 在图示电路中，已知在图示电路中，已知ui1=2V，ui2=1V，求输出电压，求输

11、出电压uo。uo1ui1+ + uoui2RRRA1A2+RRRi1i1o12)1(uuRRu 解：解：VuuuuuRRuRRu2)(222)1(i1i2i1i2o1i2o (1-23)uoCFuiR2R1+ ifi1uC+ 则则i1 = iftuCRuCddF1i tuCddoF tuCiCfddF 1i1Rui tuCRud1iF1o d1 ooiF10tutuCRtt 0uui+= i = 0(1-24)当当ui为阶跃电压时为阶跃电压时 uitOtUCRud1iF1o积分饱和积分饱和线性积分时间线性积分时间uotO+ Uo(sat)Uo(sat)输出电压随时输出电压随时间线性变化间线性变

12、化tCRUFi1(1-25)uoC1uiR2RF+ Foi1ddRutuC tuCRuddi1Fo 由虚短及虚断性质可得由虚短及虚断性质可得i1 = ififi1uitO当当ui为阶跃电压时为阶跃电压时 uotO(1-26)I1IFRFUOUZR2+ R1RVS+US由虚短及虚断性质可得由虚短及虚断性质可得11RUIZ 0 uuFORUI FF1II Z1FoURRU 输出电压可以认为是输出电压可以认为是恒压源恒压源。改变反馈电阻。改变反馈电阻RF的大小，可以改变输出电压的大小，可以改变输出电压UO的大小。的大小。 (1-27)ILRFUZR2+ R1RLVS+USF由虚短及虚断性质可得由虚短

13、及虚断性质可得ZUuu ZURIU FLFFZLRUI IL的大小与负载的大小与负载RL无关，所以该电路构成电流源无关，所以该电路构成电流源电路，改变电路，改变RF的大小可以改变电流源的电流值。的大小可以改变电流源的电流值。(1-28) 例例6 如图为两级运放组成的电路，如图为两级运放组成的电路，已知已知 uI1 = 0.1 V，uI2 =0.2 V，uI3 =0.3 V，求，求 uO。uI1uI2uI3 + uO 30 k 30 k 30 k 10 k 10 k 10 k 10 k 10 k F1 12 F1 11uO1=( uI1 uI2 )第一级为加法运算电路：第一级为加法运算电路： 解

14、解第二级为减法运算电路：第二级为减法运算电路： R5R4 + R5RF2R3 (1 ) uI3 F23 uO1 uO= = 0.3 V= 0.6 V(1-29)例例7. .右图电路，当右图电路，当ui1=1.5V, ui2=1V时，时，uo= -1V；则；则RF=?=?uo解：这是一个减法运算电路。3121123(1)FFoiiRRRuuuRRRR 2011.5(1)11010 1020FFRR 解得RF=20k(1-30)例例8. 右图电路中，设电路的输入右图电路中，设电路的输入Ui=0.5V,运放的最大运放的最大输出输出Uom=12V，其余参数见图。，其余参数见图。ui1）过）过0.1s后，后，Uo=?2) 过过0.6s后，后， Uo=?3）R4=?解： 1）3640.50.12.520 101 10ioUUtVR C 2）可算出Uo= -15V，但此时UoUom，故实际Uo= -12V。3）R4= R4=20k。(1-31)思考题思考题1.ou+-Aui1ui2uoR1RpRfR2+-AuoR1R3RfR2ui1ui2电路如图(a)(b)(c)(d)所示，求输出电压与各输入电压的运算关系式。（a）(b)(1-32)+-AuoR1R3RfR2ui1u