(第12次课)第5章含运放的电阻电路解析课件

1、快速回放11含源线性一端口传给外接负载电阻最大功率的条件（即最大功率匹配条件）是：通常与戴维宁定理结合使用。负载获得的最大功率为：Pmax =4Requoc2+-Requoci+-uRLi+-u含源线性一端口 NSRLRL= Req1.最大功率传输定理8/14/20221第1页，共34页。2.特勒根定理定理1123456bk=1uk ik = 0功率守恒定理2bk=1uk ik = 0uk , ik uk , ik bk=1uk ik = 01234561234568/14/20222第2页，共34页。3.互易定理形式线性电阻网络b+-uS1i2adc电路图线性电阻网络bi1adc+-uS2u

2、S1=i2i1uS2激励是电压源，响应为电流。若激励不变，则响应也不变。当 uS1 = uS2 时，有 i2 = i1 。对于具有互易性质的网络，在单一激励的情况下，当激励源和响应互换位置时，响应与激励的比值保持不变。8/14/20223第3页，共34页。形式电路图线性电阻网络biS1u2adc+-线性电阻网络badciS2u1+-激励是电流源，响应为电压。iS1=u2u1iS2当 iS1 = iS2 时，有 u2 = u1 。若激励不变，则响应也不变。激励和响应互换位置后，其比值保持不变。8/14/20224第4页，共34页。若在数值上有 iS1 = uS2 ，形式形式和比较常用；线性电阻网

3、络biS1adci2电路图线性电阻网络badc+-uS2+-u1uS2=u1i2iS1激励是电流源，响应为电流；互换置后，激励是电压源，响应为电压。则 i2 = u1 。互易定理可由特勒根定理 2进行证明。8/14/20225第5页，共34页。4.对偶原理NRGNLC usisVCCSCCVS串联开路回路KVL戴维宁并联短路结点KCL诺顿电路元件电路结构电路定律、定理常见的对偶元素对偶电路：将一个电路 N的元素，改换成对偶元素，所形成的电路 N，称为 N的对偶电路。对偶原理：电路中若某一关系式成立，那么其对偶关系式也一定成立。8/14/20226第6页，共34页。对偶原理是电路分析中出现的大量

4、相似性的归纳和总结。根据对偶原理，如果在某电路中导出某一关系式和结论，就等于解决了和它对偶的另一个电路中的关系式和结论。例：串联电路的对偶电路是并联电路-+uiR1R2Rn+ u1 -+ u2 -+ un -+uiG1i1G2i2GninR G、u i、串联 并联R =k=1nRk ,关系式i =RuG =k=1nGk ,u =Gii u、8/14/20227第7页，共34页。若已知原电路的方程及其解答，则能直接写出对偶电路的方程及解答。使原有电路的计算方法及公式的记忆工作减少一半。 注意：对偶原理仅适用于平面电路；对偶并非等效！利用对偶原理就是说，一个电路N的对偶电路为N，并不是指N与N等效

5、。回放并补充结束8/14/20228第8页，共34页。第4章知识脉络电路定理叠加定理齐次定理替代定理戴维宁定理诺顿定理最大功率传输定理特勒根定理定理 1、2互易定理定理 1、2、3对偶原理用电路定理分析计算电路8/14/20229第9页，共34页。第五章 含有运算放大器的电阻电路学习要点1. 运算放大器的电路模型；2. 运算放大器在理想化条件下的外部特性；3. 含理想运放的电阻电路的分析；4. 几个典型电路。8/14/202210第10页，共34页。 重点 理想运算放大器的外部特性、电路模型；用结点法分析含有运算放大器的电阻电路。 运算放大器的电路模型； 理想运算放大器两个规则的应用；典型电路

6、分析。 难点8/14/202211第11页，共34页。5-1 运算放大器的电路模型1. 集成运算放大器简介是一个包含许多晶体管的电子器件，最早开始应用于1940年，主要用来实现对模拟量进行数学运算的功能，故称集成运算放大器。 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，获得了广泛的应用。如今，集成运算放大器的应用早已超出模拟计算的范踌。它象一个性能很高的晶体管，只要外加少数几个元件，就能方便地完成各种各样的功能。8/14/202212第12页，共34页。各种型号的集成运放金属封装礼帽式塑封双列直插式塑封单列直插式8/14/202213第13页，共34页。2. 集

7、成运放的应用(1)线性应用：工作于线性放大状态。(2)非线性应用：工作于开关状态。集成运放的电路形式千变万化，应用广泛，但从工作状态看，分为两大类：线性应用和非线性应用。 构成比例、加、减、乘、除、指数、对数、微分、积分、有源滤波器 、正弦波发生器等电路。 构成电压比较器、各种非正弦波发生器(方波、三角波、锯齿波)等电路。信号的运算电路信号的处理电路信号的发生电路8/14/202214第14页，共34页。3. 电路结构与特点频带过窄线性范围小缺点：加入负反馈扩展频带减小非线性失真优点：高增益；输入电阻大，输出电阻小。输入级输入端中间级用以电压放大输出级输出端线性应用时偏置电路8/14/2022

8、15第15页，共34页。国产F007内部原理图(对应国外mA741)同相输入端反相输入端输出端正电源负电源调零端调零端A=105.5u+u-uo+15V-15V8/14/202216第16页，共34页。F007(或mA741)有八个管脚：脚为反相输入端；脚为同相输入端；脚为输出端；和脚为正、负电源端；和脚为调零端；脚为空脚。通常接10k调零电位器，中心抽头接脚。LM358为双运放单电源：330V双电源：1.515V自稳零8/14/202217第17页，共34页。4. 电路符号+-+A反相输入同相输入输出端u-u+uo+EC-EC在电路符号图中一般不画出直流电源端，而只有 u+、u-、 uo三端

9、和接地端。+-+Au+uo+-+-u-+-+-udA：开环电压放大倍数，可达十几万倍以上。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注意。+-u-u+uo有些资料采用这一符号8/14/202218第18页，共34页。5. 集成运放的输入情况uo = -Au-同相输入：uo = Au+(1) 若在两个输入端同时加输入电压 u+ 和u-有：uo= A (u+-u-) = A ud叫做双端输入。ud = u+-u- 称差动电压，(2) 若只在一个输入端加输入电压，另一端接地，反相输入：故也称差动输入方式。u-u+uo+-+Aud+-u-uo+-+Aud+-u+uo+-+Aud+-则称为

10、单端输入。有两种方式8/14/202219第19页，共34页。6. 运算放大器的外特性加 ud = u+ - u- ，得输出 uo 与 ud之间的特性曲线。Usat-ud/mVuo/V0-Usat曲线分三个区域：线性工作区(放大状态)|ud| ，uo= Usatud -，uo= -Usatu-u+uo+-+Aud+-注意：是一个数值如：Usat=13V， A =105，则： =0.13mV。很小的电压。实际特性近似特性8/14/202220第20页，共34页。7. 运放的电路模型工作在线性放大状态时的模型RoA(u+-u-)+-uo+-Ri+u-u+-ud+-非线性应用时，应开环运行或引入正反

11、馈。线性应用时，必须闭环运行，即在输入输出间引入负反馈网络。u-u+uo+-+Aud+- Ri 是输入电阻，一般为1031012W。 用VCVS表示输入电压对uo的控制作用。 Ro 是输出电阻，一般为十几几百W。8/14/202221第21页，共34页。+-+A+-ui+-uoR1R2i1i2u-+-5-2 比例电路分析用结点法分析 uo与ui的关系R11+Ri1+R21u-R21uo=R1uiun1 = u-，un2 = uo，R21消去中间变量 u- 并整理得到)(-u-+Ro1+R21=Ro-Au-uo()R2RoRi-Au-+-uo+-R1+-ui+-u-uoui8/14/202222

12、第22页，共34页。uoui=R1-R211+A -R2Ro 表明： +-+A+-ui+-uoR1R2i1i2u-+-1+R2Ro()1+R1R2+RiR2() A很大时，比例系数只取决于R1和R2，与放大器本身的参数无关。集成运放性能稍有改变，比例系数基本不受影响；uiuo R1-R2负号表明uo和ui总是符号相反 (倒向或反相比例器)。一些高精度运放，A可达107，Ri很大、 Ro很小。所以：08/14/202223第23页，共34页。5-3 含理想运放的电路分析1. 在线性应用时的两条规则Ri 规则 i- = i+ = 0输入端相当于断路。理想运放的参数：(“虚断”路)u-u+i+uo+

13、-+ud+-i-=(u+-u-) = 0= uduoA规则 u+ = u-反相端与同相端相当于短路。A (“虚短”路) 分析方法：电路简单时直接运用两条规则分析；A，Ri ，Ro= 0 复杂时，可结合结点电压法分析。8/14/202224第24页，共34页。2.典型电路分析(1)倒向反相比例器 实用中，当 R1和 R2 确定后，为使uo不超过饱和电压(即保证工作在线性区)，对ui有一定限制。根据“虚短”的概念根据“虚断”的概念即 u+ = u- =0 得即 i-= 0，i1 =R1uii2 = -R2uo所以：得 i2= i1R1ui = -R2uouo = -R1R2ui+-+-ui+-uo

14、R1R2i1i2i-虚地8/14/202225第25页，共34页。uR1=R1+ R2R1uouR1=ui(2)非倒向同相比例器R1、R2为串联。虚断：虚短：u+ = u-由分压公式：R1R2uR1uo+-+-+-ui+-uo=R1R1+R2uiuoui=1+R1R2所以： uo与ui同相；输入、输出关系与运放本身参数无关；当 R1=，R2=0时，uo=ui，为电压跟随器。或： 结论：i-i+i- = i+ = 08/14/202226第26页，共34页。 称隔离放大器，亦称缓冲放大器。(3) 电压跟随器R1=，R2=0uo=ui 输入阻抗无穷大(虚断)； 输出阻抗为零；应用：在电路中起隔离前

15、后两级电路的作用。 uo= ui。特点R1R2uR1uo+-+-+-ui+-uo+-+-ui+-uiuo = 1+R1R2()8/14/202227第27页，共34页。例如插入缓冲放大后，RL的变化就不会影响 u2 。RL的变化会影响 u2。u2 =R2R1+R2u1+-+R1R2+u1RL-+-u2RiRo= 0R1R2+u1+-u2-RL8/14/202228第28页，共34页。(4) 反相加法器i1+ i2 + i3 = if若 R1 = R2 = R3 = Rf ，R1ui1+R2ui2+R3ui3= -Rfuouo = -RfR1ui1+RfR2ui2+RfR3ui3i- = 0u-

16、 = u+ = 0i-()实现了比例加法运算：y =a1x1+a2x2+a3x3则 uo = -(u1+ u2 + u3) 。ui1+-uoR1Rfi1R2ui2ifi2R3i3ui3+-+8/14/202229第29页，共34页。(5) 减法运算+-+ui1+-uoR1Rfi1R2ui2ifR3u-u+i1= ifi- = i+ = 0，u- = u+ i-i+i1 =ui1- u-R1if =u- uoRf=u-= u+解得：uo =R3R2+R3ui2R3R2+R3(1 +RfR1)ui2-RfR1ui1当 R1 = R2 ， R3 = Rf 时：uo =RfR1(ui2 - ui1)当

17、 R1 = R2 = R3 = Rf 时：uo = ui2 - ui18/14/202230第30页，共34页。3. 解题指导 例1+-+-uoR6VRRR+-求输出电压uo。解1：用戴维宁定理+-+3V+-uoRR+-23化简电路RRuo = -3236V+-3R3R3R解2：也可以用Y-D变换Ruo = -63R= -2V= -2V倒向比例电路8/14/202231第31页，共34页。例2 求输出电压uo 。+u1R+-+-+u2RRu4+-+uoRu36V3V解：u1 = 6V，u2 = 3Vu1 - u3R=u3 - uoRuo = - u1 + 2u3A1A2A3A1、A1构成电压跟随器。A3构成减法