第5章含有运算放大器的电阻电路ppt课件

1、第五章第五章含有运算放大含有运算放大器的电阻电路器的电阻电路首首 页页本章重点本章重点运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型5.1比例电路的分析比例电路的分析5.2含有理想运算放大器的电路分析含有理想运算放大器的电路分析5.3l重点重点 1 1理想运算放大器的外部特性；理想运算放大器的外部特性； 2 2含理想运算放大器的电阻电路分析；含理想运算放大器的电阻电路分析； 3 3一些典型的电路；一些典型的电路；返 回l 运算放大器运算放大器是一种有着非常广泛用途的电子器件。最早是一种有着非常广泛用途的电子器件。最早开场运用于开场运用于19401940年，年，19601960年后，随着集成电路年后，

2、随着集成电路技术的开展，运算放大器逐渐集成化，大大降技术的开展，运算放大器逐渐集成化，大大降低了本钱，获得了越来越广泛的运用。低了本钱，获得了越来越广泛的运用。5.1 5.1 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型1. 1. 简介简介下 页上 页返 回l 运用运用 信号的运算电路信号的运算电路下 页上 页比例、加、减、对数、指比例、加、减、对数、指数、积分、微分等运算。数、积分、微分等运算。产生方波、锯齿波等波形产生方波、锯齿波等波形 信号的处置电路信号的处置电路 信号的发生电路信号的发生电路有源滤波器、精细整流电路、有源滤波器、精细整流电路、电压比较器、采样电压比较器、采样坚持电坚持电路。

3、路。返 回l 电路电路输输入入级级偏置偏置电路电路中间级中间级用以电用以电压放大压放大输输出出级级输入端输入端输出端输出端下 页上 页 频带过窄频带过窄 线性范围小线性范围小缺陷：缺陷：参与负反响参与负反响 扩展频带扩展频带 减小非线性失真减小非线性失真优点：优点： 高增益高增益 输入电阻大，输出电阻小输入电阻大，输出电阻小返 回下 页上 页集成运算放大器集成运算放大器返 回l 符号符号7654321+15V15V8 8个管脚：个管脚：2 2：倒向输入端：倒向输入端3 3：非倒向输入端：非倒向输入端4 4、7 7：电源端：电源端6 6：输出端：输出端1 1、5 5：外接调零电位器：外接调零电位

4、器8 8：空脚：空脚单单向向放放大大下 页上 页返 回l电路符号电路符号a a：倒向输入端，输入电压：倒向输入端，输入电压u ub b：非倒向输入端，输入电压：非倒向输入端，输入电压u+u+o o：输出端：输出端, , 输出电压输出电压 uo uo在电路符号图中普通不画出直流电在电路符号图中普通不画出直流电源端，而只需源端，而只需a,b,oa,b,o三端和接地端。三端和接地端。 图中参考方向表示每一点对地的电压，在接图中参考方向表示每一点对地的电压，在接地端未画出时尤须留意。地端未画出时尤须留意。A：开环电压放大倍数，：开环电压放大倍数，可达十几万倍。可达十几万倍。: : 公共端公共端( (接

5、地端接地端) )下 页上 页留意+_+u+u-+_uoao+_udb_+A+返 回 在在 a,b 间加一电压间加一电压 ud =u+-u-，可得输出，可得输出uo和和输入输入ud之间的转移特性曲线如下：之间的转移特性曲线如下：2. 2. 运算放大器的静特性运算放大器的静特性Usat-Usat-Uo/VUd/mV0实践特性实践特性au+u-uoo+_ud_+A+b下 页上 页返 回Usat-Usat-Uo/VUd/mV0分三个区域：分三个区域：线性任务区：线性任务区：|ud| 那么 uo= Usatud- 那么 uo= -Usat 是 一 个 数 值 很 小 的 电 压 ， 例 如是 一 个 数

6、 值 很 小 的 电 压 ， 例 如Usat=13V, A =105Usat=13V, A =105，那么，那么 = 0.13mV = 0.13mV。近似特性近似特性下 页上 页留意返 回3. 3. 电路模型电路模型输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻当当: u+= 0, : u+= 0, 那么那么uo=uo=AuAu当当: u: u= 0, = 0, 那么那么uo=Auuo=Au4. 4. 理想运算放大器理想运算放大器下 页上 页+_A(u+-u-)RoRiu+u-uo在线性放大区，将运放电路作如下理想化处置：在线性放大区，将运放电路作如下理想化处置： Auo为有限值，那么ud=0 ,即u+=u

7、-，两个输入端之间相当于短路(虚短路) Ri i+=0 , i=0。 即从输入端看进去，元件相当于开路(虚断路)。 Ro 0返 回5.2 5.2 比例电路的分析比例电路的分析1. 1. 倒向比例器倒向比例器运放开环任务极不稳定，普通外部接假设干元运放开环任务极不稳定，普通外部接假设干元件件(R(R、C C等等) )，使其任务在闭环形状。，使其任务在闭环形状。下 页上 页+_uo+_uiR1RfRL21_+A+21R1RiRfRoAun1+_uoRL运放等效电路运放等效电路+_ui返 回用结点法分析：用结点法分析：( (电阻用电导表示电阻用电导表示) )(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=

8、G1ui-Gf un1(Gf+Go+GL)un2 =GoAu1u1= un1整理，得：整理，得：(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui(-Gf +GoA)un1(Gf+Go+GL)un2 =0解得：解得：iLoffi1foffff1n2o)( )()()(uGGGGGGGAGGGAGGGGuuo下 页上 页21R1RiRfRoAu1+_+_uoRL+_ui2. 2. 电路分析电路分析返 回iLoffi1foffoff1n2o)( )()()(uGGGGGGGAGGGAGGGGuu因因A A普通很大，上式分母中普通很大，上式分母中Gf(AGo-Gf)Gf(AGo-Gf)一项的值一项的

9、值比比(G1+ Gi + Gf) (G1+ Gi + Gf)(G1+ Gi + Gf) (G1+ Gi + Gf)要大得多。所以要大得多。所以i1fif1ouRRuGGuuo / ui只取决于反响电阻Rf与R1比值，而与放大器本身的参数无关。负号阐明uo和ui总是符号相反(倒向比例器)。下 页上 页阐明返 回 根据根据“虚短虚短： 根据根据“虚断虚断：i1fouRRu u+ = u- =0， i1= ui/R1 i2= -uo /Rfi-= 0，i2= i1下 页上 页以上近似结果可将运放看作理想情况而得以上近似结果可将运放看作理想情况而得到。由理想运放的特性：到。由理想运放的特性：留意i1i

10、2+_uo+_uiR1RfRL21_+返 回当当R1 R1 和和Rf Rf 确定后，为使确定后，为使uouo不超越饱和电压不超越饱和电压( (即即保证任务在线性区保证任务在线性区) )，对，对uiui有一定限制。有一定限制。运放任务在开环形状极不稳定，振荡在饱和区运放任务在开环形状极不稳定，振荡在饱和区; ;任务在闭环形状，输出电压由外电路决议。任务在闭环形状，输出电压由外电路决议。 (Rf (Rf 接在输出端和反相输入端接在输出端和反相输入端, ,称为负反响称为负反响) )。 下 页上 页留意i1fouRRu+_uo+_uiR1RfRL21_+返 回下 页上 页5.3 5.3 含有理想运算放

11、大器的电路分析含有理想运算放大器的电路分析 根据理想运放的性质，抓住以下两条规那么：根据理想运放的性质，抓住以下两条规那么： a a倒向端和非倒向端的输入电流均为零倒向端和非倒向端的输入电流均为零 “ “虚断路虚断路 ； b b对于公共端地，倒向输入端的电压与对于公共端地，倒向输入端的电压与 非倒向输入端的电压相等非倒向输入端的电压相等 “ “虚短路虚短路 。1. 1. 分析方法分析方法 合理地运用这两条规那么，并与结点电压法相结合。合理地运用这两条规那么，并与结点电压法相结合。返 回 加法器加法器比例加法器：比例加法器：y =a1x1+a2x2+a3x3 ，符号如以下图：，符号如以下图：ui

12、1/R1+ ui2 /R2+ ui3 /R3 =-uo /Rfuo= -(Rf /R1 ui1 +Rf /R2 ui2+Rf /R3 ui3)u-= u+=0i-=0 x1a1a2a3-1-yyx2x3下 页上 页+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2ui3_+2. 2. 典型电路典型电路返 回 非倒向比例器非倒向比例器u+= u-= uii+= i-= 0uo =(R1 + R2)/R2 ui =(1+ R1/R2) ui(uo-u-)/R1= u-/R2根据根据“虚短虚短和和“虚断虚断 uo与与ui同相同相 当当R2=，R1=0时，时， uo=ui，为电压跟随，为电压跟随器器 输

13、入、输出关系与运放本身参数无关。输入、输出关系与运放本身参数无关。下 页上 页结论RiuiR1R2u+u-i-+_uo+_i+_+返 回 电压跟随器电压跟随器 输入阻抗无穷大输入阻抗无穷大( (虚断虚断) )； 输出阻抗为零；输出阻抗为零；运用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。运用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。 uo= ui。电电路路A A电电路路B B下 页上 页特点+_+_uiuo_+返 回例例12122uRRRu12122uRRRu 可见，参与跟随器后，隔离了前后两级电路的可见，参与跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。相互影响。A电路下 页上 页R2RLR1+_u2+_u1+

14、_u1R1R2RL+_u2_+返 回 减法运算减法运算u-=u+i-=i+=0i1= if323i2RRRuuufRuuRuuio1i11解得：解得：1113230)1 (RRuRRRRRuufifi2 11 ii203f21)( , RRuuuRRRRf当当下 页上 页+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2i1if_+返 回求输出电压求输出电压uo解解RuR244o下 页上 页例例1+_uo_+_4V4R2Ri1i2u+u-V20u倒向比例电路倒向比例电路返 回求输出电压求输出电压uo解解V2230iuRRu下 页上 页例例2+_uo+_6VRRiu+u-RR_+_uo_+_3V3/2RR化简电路化简电路返 回例例3 3求输出电压求输出电压uoV3 V621uu解解V5 . 12/243uuuRuuRuuo331V3362310uuu下 页上 页+uo+6VR_+3V+RRRu4u3u2u1_+_+返 回设计一个用运放和电阻组成的电路，其输出设计一个用运放和电阻组成的电路，其输出电压为：电压为：2xyz 其中其中x x、y y、z z 分别表示三个输入电压的值，设分别表示三个输入电压的值，设x x、y y、z z不超越不超越10V,10V,同时要求每一个电阻的功率不超越同