含有运算放大器的电阻电路

1、1一般的放大器的作用是把输入电压放大一定的倍数输出一般的放大器的作用是把输入电压放大一定的倍数输出 运算放大器是一种多级放大电路运算放大器是一种多级放大电路, 它的增它的增益很高益很高, 可达几万倍以上可达几万倍以上, 并且可以达到高输并且可以达到高输入电阻和低输出电阻入电阻和低输出电阻, 用它可以完成各种数学用它可以完成各种数学运算运算, 故称运算放大器。故称运算放大器。电电压压增增益益电电压压放放大大倍倍数数iouuuA 2中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路输入级输入级5.15.1运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型两个输两个输入端入端3uo0t输入输入u ui i=0=0时，输

2、出有时，输出有缓慢变化的电压产生。缓慢变化的电压产生。放大电路的特殊问题放大电路的特殊问题零点漂移零点漂移45 运算放大器运算放大器实际上就是一个直接耦合的多级放大电路，它有实际上就是一个直接耦合的多级放大电路，它有两个输入端两个输入端, , 一个输出端。一个输出端。单运放：单运放： LM741/ LM741/ A741A741双运放：双运放： LM747LM747（双（双741741）单电源四运放：单电源四运放：LM124/224/324LM124/224/324双电源四运放：双电源四运放：LM148/248/348 LM148/248/348 等等。等等。电路的简单说明电路的简单说明 LM

3、741 1 2 3 48 7 6 56 u0uu7它有两个输入端它有两个输入端一个输出端一个输出端两个电源端各接正两个电源端各接正负电源负电源进一步简化得以下图形符号进一步简化得以下图形符号 u0u u8一般情况下，电源可以不画出一般情况下，电源可以不画出 u0uu u0uu9u-: 倒向输入端倒向输入端, 反向输入端反向输入端, 就是就是u+: 非倒向输入端非倒向输入端, 同向输入端同向输入端, 就是就是tu-tuotu+tuo Auuo Auuo u0uu10)(:)(电电压压增增益益的的绝绝对对值值电电压压放放大大倍倍数数称称为为差差动动输输入入电电压压加加入入输输入入信信号号如如果果在

4、在两两个个输输入入端端同同时时AuuuAuuuAuddo u0uu11 Auuo Auuo u0u u u0u u12o+Uo(sat)-Uo(sat)udu0实际特性 运放的输出电压和输入电压运放的输出电压和输入电压之间的关系可以用右图近似之间的关系可以用右图近似表示表示, 在一个很小的范围在一个很小的范围, 输输入和输出的关系是一条过原入和输出的关系是一条过原点的直线点的直线, 其斜率等于其斜率等于A。由于放大倍数由于放大倍数A值很大，所以这段直线很陡，当电压超出这值很大，所以这段直线很陡，当电压超出这个很小的范围，运放趋于饱和。个很小的范围，运放趋于饱和。13运放的电路模型运放的电路模型

5、+-+-+-uuu-+oinR RoAudRin为运放的输入电阻，很大为运放的输入电阻，很大R0为输出电阻，很小为输出电阻，很小运放的这种工作状态称为开环运行，运放的这种工作状态称为开环运行，A开环放大倍数开环放大倍数14实际运放上述指标接近理想化条件，故用理想运放代替实实际运放上述指标接近理想化条件，故用理想运放代替实际运放所引起的误差并不严重，在工程上是允许的。际运放所引起的误差并不严重，在工程上是允许的。理想运放在图中加理想运放在图中加 否则用符号否则用符号Au0u u15o+Uo(sat)-Uo(sat)u+ - u-u0实际特性理想特性传输特性传输特性u0u uo+Uo(sat)-U

6、o(sat)实际特性u+ - u-线性区饱和区饱和区17o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性u+ - u-线性区饱和区饱和区u0u u18例：例：F007运放的电源运放的电源 15V，开环放大倍数，开环放大倍数A=2 105, 输输出最大电压为出最大电压为Uo(sat)= 13VVumVuumVuVuVuVuuVuVuVuVuuVuVuVAuuuooouoo135,5,0. 3310)15(10215,10,5. 25102510225,10,15. 1,651021365655饱和区超过这个范围，就进入19理想运放应满足的条件：理想运放应满足的条件： (1)“(1)“虚短虚短”(2)“

7、(2)“虚断虚断”但是，这两个条件的使用必须是运放工作在线性区。但是，这两个条件的使用必须是运放工作在线性区。3 3、开环输出电阻、开环输出电阻R Ro o2 2、输入电阻、输入电阻R Rinin1 1、开环放大倍数、开环放大倍数A A 0020 我们已经知道：我们已经知道：AA，则当差动输入电压极，则当差动输入电压极小时（如毫伏级以下的信号），也足以使小时（如毫伏级以下的信号），也足以使运放饱运放饱和。和。215.2 5.2 比例电路的分析比例电路的分析Q闭环放大倍数闭环放大倍数1 1、理想运放的分析、理想运放的分析inufuuA0 又又虚断虚断u u- -=u=u+ +=0=0则电流则电流

8、i i1 1等于等于 电流电流i i2 220100RuRuin 即即：120RRuuAinuf 从反从反相输相输入端入端输入输入AR1R2uinu0i2i122AR1R2uinu0i2i12 2、非理想运放的分析、非理想运放的分析-+-u-+oinR Ro-Au-uinR1R2u-12123-+-u-+oinR Ro-Au-uinR1R2u-OoOinoinonnOnOninnninRAuuRRuRRuuRuRRRuuuuRAuuRRuRRuuRuRRR )11(11)111(,)11(11)111(2 , 1221221212212122121由由于于列列结结点点电电压压方方程程对对结结点

9、点)1(1)111)(11()1(2221212RRARRRRRRRuRRAuOinOinOo 12242122212)1)(1(11RRARRRRRRRRuuOinOino 由上式可见由上式可见,如果如果A很大很大,R0很小很小,Rin很大很大00022.1110,100,100,1,50000121212RRuuKRKRRMRARRuuinoOinino 25可见可见, 用理想运放的分析方法足够精确用理想运放的分析方法足够精确比例电路的输出电压和输入电压成比例比例电路的输出电压和输入电压成比例, 不同的电阻选择不同的电阻选择, 可获得不同的比例。可获得不同的比例。120RRuuAinuf

10、26反相器时当, 1,1uf2ARR 输出和输入的输出和输入的比例关系只与电阻比例关系只与电阻有关，如果电阻精有关，如果电阻精度足够高，运放的度足够高，运放的开环放大倍数也足开环放大倍数也足够大，就能保证比够大，就能保证比例的精度。例的精度。AR1R2uinu0i2i12712121/ )(RRARuRuuufinoin 输入信号从同输入信号从同相输入端引入相输入端引入R2uinu0R11 1、同相比例、同相比例5.3 5.3 理想运放电路的分析理想运放电路的分析iR1iR2R1R228时时当当 12,0 RR电电压压跟跟随随器器,1Auf uinu0用电阻电路也可以用电阻电路也可以得到比例关

11、系得到比例关系,和运和运放电路有何不同放电路有何不同?29212RRRuuino uinR1R2uO接入负载，将影响输出电压接入负载，将影响输出电压用运放来实现隔离的作用用运放来实现隔离的作用如果有一个电阻分压电路如果有一个电阻分压电路30uinu0R2R1oinoinuRRRuuuuRRRuu 212212212RRRuuino 31例例:求求uo7.5Vuu7.5Vuo 电电源源经经两两个个电电阻阻分分压压这这是是一一个个电电压压跟跟随随器器，可见输出电压只和分压有关，其精可见输出电压只和分压有关，其精度很高，可作基准电压度很高，可作基准电压u015K15K7.5K15V32三个运放都是电

12、压跟三个运放都是电压跟随器随器, )/(1/1/1/,4321221102211RRRRRuRuuuuuuiiAioio 例例:求求uoR1Fui1u01R3Fui2u02R2FuoR4AuB结点电压法结点电压法332143214312i21i43212143212112i21i432122i11i0ARR)RR)(RR()RR)(RuRu()RR(RRRR)RR)(RR(/RRRuRu)RR/(1R/1R/1R/uR/uu 34o214321412i21i4340ABuRR)RR)(RR(R)RuRu(RRRuu R1Fui1u01R3Fui2u02R2FuoR4AuB352.2.加法运算加

13、法运算)(3322110iFiFiFuRRuRRuRRu ifR1RFui1u0R2R3ui2ui3i1i2i336)(-u)(RR-u321o13211Fo1321iiiFiiiuuuRRuuuRRRR 当当)(3322110iFiFiFuRRuRRuRRu 37R1RFui1u0R2R3ui2ui3i1i2i30321)1312111(321 uRuRuRuRuuRRRRFOiiiF)(3322110iFiFiFuRRuRRuRRu 用结点电压法列方程用结点电压法列方程38 u)RR1(u1F0)uRR/RR/RuRR/RR/R(u2i22232123211 i2123222322 )uR

14、R/RR/RuRR/RR/R)(RR1 (u2i22232123211 i21232223221F0 R21R1RFui1u0iFi1R22R23ui2393.3.减法运算减法运算用叠加原理用叠加原理R2R1RFui2u0iFi1R3ui11i1Fo/2iuRRu0u 可以直接套公式可以直接套公式(1)40R2R1RFui2u0iFi1R33132i1F1Fo/F01F1F0F113132i1iRRRu)RR1(u)RR1(uRuuRuii ,RuuiR/uiRRRuu0u (2)41211111312)(,iFFFiFoFuRRRRRRuRRuRRRR 时时当当)uu(RRu2i1 i1Fo1 i1FouRRu2i1Fu)RR1 ( 233RRR42)uu(RRu2i1 i1Fo121112,iioFFiioufuuuRRRRuuuA R2R1RFui2u0iFi1R3ui143R2R1RFui2u0iFi1R3ui13232i22i32FO11iF1RRRuuuRuu)R1R1(RuRuu)R1R1( 1 i1FouRRu2i1Fu)RR1 ( 233RRR用结点电压法求解用结点电压法求解44R2RFui2u0ui1R1A2A1uO1 32111RAuuAuioo差差动动输输入入直直接接套套公公式式是是电电压压跟跟随随器器例例求