第5章含有運(yùn)算放大器的電阻電路(電路分析基礎(chǔ)課件)

第五章含有運(yùn)算放大器的電阻電路首頁(yè)本章重點(diǎn)運(yùn)算放大器的電路模型5.1比例電路的分析5.2含有理想運(yùn)算放大器的電路分析5.32021/10/10星期日1重點(diǎn)（1）理想運(yùn)算放大器的外部特性；（2）含理想運(yùn)算放大器的電阻電路分析；（3）一些典型的電路；返回2021/10/10星期日2

運(yùn)算放大器是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應(yīng)用于1940年，1960年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。5.1運(yùn)算放大器的電路模型1.簡(jiǎn)介下頁(yè)上頁(yè)返回2021/10/10星期日3

應(yīng)用信號(hào)的運(yùn)算電路下頁(yè)上頁(yè)比例、加、減、對(duì)數(shù)、指數(shù)、積分、微分等運(yùn)算。產(chǎn)生方波、鋸齒波等波形信號(hào)的處理電路信號(hào)的發(fā)生電路有源濾波器、精密整流電路、電壓比較器、采樣—保持電路。返回2021/10/10星期日4

電路輸入級(jí)偏置電路中間級(jí)用以電壓放大輸出級(jí)輸入端輸出端下頁(yè)上頁(yè)頻帶過(guò)窄線性范圍小缺點(diǎn)：加入負(fù)反饋擴(kuò)展頻帶減小非線性失真優(yōu)點(diǎn)：高增益輸入電阻大，輸出電阻小返回2021/10/10星期日5下頁(yè)上頁(yè)集成運(yùn)算放大器返回2021/10/10星期日6

符號(hào)7654321+15V－15V8個(gè)管腳：2：倒向輸入端3：非倒向輸入端4、7：電源端6：輸出端1、5：外接調(diào)零電位器8：空腳單向放大下頁(yè)上頁(yè)返回2021/10/10星期日7電路符號(hào)a：倒向輸入端，輸入電壓u－b：非倒向輸入端，輸入電壓u+o：輸出端,輸出電壓uo在電路符號(hào)圖中一般不畫出直流電源端，而只有a,b,o三端和接地端。圖中參考方向表示每一點(diǎn)對(duì)地的電壓，在接地端未畫出時(shí)尤須注意。A：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達(dá)十幾萬(wàn)倍。:公共端(接地端)下頁(yè)上頁(yè)注意+__+u+u-+_uoao+_udb_+A+返回2021/10/10星期日8在

a,b間加一電壓

ud=u+-u-，可得輸出uo和輸入ud之間的轉(zhuǎn)移特性曲線如下：2.運(yùn)算放大器的靜特性Usat-Usat

-

Uo/VUd/mV0實(shí)際特性au+u-uoo+_ud_+A+b下頁(yè)上頁(yè)返回2021/10/10星期日9Usat-Usat

-

Uo/VUd/mV0分三個(gè)區(qū)域：①線性工作區(qū)：|ud|

<

則

uo=Aud②正向飽和區(qū)：③反向飽和區(qū)：ud>

則

uo=Usatud<-

則

uo=-Usat

是一個(gè)數(shù)值很小的電壓，例如Usat=13V,A=105，則

=0.13mV。近似特性下頁(yè)上頁(yè)注意返回2021/10/10星期日103.電路模型輸入電阻輸出電阻當(dāng):

u+=0,則uo=－Au－當(dāng):

u－=0,則uo=Au＋4.理想運(yùn)算放大器下頁(yè)上頁(yè)+_A(u+-u-)RoRiu+u-＋－uo在線性放大區(qū)，將運(yùn)放電路作如下理想化處理：①

A

uo為有限值，則ud=0

,即u+=u-，兩個(gè)輸入端之間相當(dāng)于短路(虛短路)②

Ri

i+=0,i－=0。

即從輸入端看進(jìn)去，元件相當(dāng)于開路(虛斷路)。③

Ro

0返回2021/10/10星期日115.2比例電路的分析1.倒向比例器運(yùn)放開環(huán)工作極不穩(wěn)定，一般外部接若干元件(R、C等)，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。下頁(yè)上頁(yè)+_uo+_uiR1RfRL21_+A+21R1RiRfRoAun1++_uoRL運(yùn)放等效電路+_ui返回2021/10/10星期日12用結(jié)點(diǎn)法分析：(電阻用電導(dǎo)表示)(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui-Gfun1＋(Gf+Go+GL)un2

=GoAu1u1=un1整理，得：(G1+Gi+Gf)un1-Gf

un2=G1ui(-Gf+GoA)un1＋(Gf+Go+GL)un2

=0解得：下頁(yè)上頁(yè)21R1RiRfRoAu1+_+_uoRL+_ui2.電路分析返回2021/10/10星期日13因A一般很大，上式分母中Gf(AGo-Gf)一項(xiàng)的值比(G1+Gi+Gf)(G1+Gi+Gf)要大得多。所以u(píng)o/ui只取決于反饋電阻Rf與R1比值，而與放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān)。負(fù)號(hào)表明uo和ui總是符號(hào)相反(倒向比例器)。下頁(yè)上頁(yè)表明返回2021/10/10星期日14根據(jù)“虛短”：根據(jù)“虛斷”：u+=u-

=0，i1=ui/R1i2=-uo

/Rfi-=0，i2=i1下頁(yè)上頁(yè)以上近似結(jié)果可將運(yùn)放看作理想情況而得到。由理想運(yùn)放的特性：注意i1i2+_uo+_uiR1RfRL21_+

+返回2021/10/10星期日15當(dāng)R1

和Rf

確定后，為使uo不超過(guò)飽和電壓(即保證工作在線性區(qū))，對(duì)ui有一定限制。運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū);工作在閉環(huán)狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。(Rf

接在輸出端和反相輸入端,稱為負(fù)反饋)。

下頁(yè)上頁(yè)注意+_uo+_uiR1RfRL21_+

+返回2021/10/10星期日16下頁(yè)上頁(yè)5.3含有理想運(yùn)算放大器的電路分析根據(jù)理想運(yùn)放的性質(zhì)，抓住以下兩條規(guī)則：（a）倒向端和非倒向端的輸入電流均為零

[“虛斷（路）”]；（b）對(duì)于公共端（地），倒向輸入端的電壓與 非倒向輸入端的電壓相等

[“虛短（路）”]。1.分析方法合理地運(yùn)用這兩條規(guī)則，并與結(jié)點(diǎn)電壓法相結(jié)合。返回2021/10/10星期日17加法器比例加法器：y=a1x1+a2x2+a3x3

，符號(hào)如下圖：ui1/R1+ui2/R2+ui3/R3=-uo

/Rfuo=-(Rf/R1

ui1

+Rf

/R2

ui2+Rf/R3

ui3)u-=u+=0i-=0x1a1a2a3-1-yyx2x3下頁(yè)上頁(yè)+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2ui3_+

+2.典型電路返回2021/10/10星期日18非倒向比例器u+=u-=uii+=i-=0uo=[(R1+R2)/R2]

ui

=(1+R1/R2)ui(uo-u-)/R1=u-/R2根據(jù)“虛短”和“虛斷”

uo與ui同相當(dāng)R2=

，R1=0時(shí)，

uo=ui，為電壓跟隨器輸入、輸出關(guān)系與運(yùn)放本身參數(shù)無(wú)關(guān)。下頁(yè)上頁(yè)結(jié)論RiuiR1R2u+u-i-+_uo+_i+_+

+返回2021/10/10星期日19電壓跟隨器①輸入阻抗無(wú)窮大(虛斷)；②輸出阻抗為零；應(yīng)用：在電路中起隔離前后兩級(jí)電路的作用。③uo=ui。電路A電路B下頁(yè)上頁(yè)特點(diǎn)+_+_uiuo_+

+返回2021/10/10星期日20例可見，加入跟隨器后，隔離了前后兩級(jí)電路的相互影響。A電路下頁(yè)上頁(yè)R2RLR1+_u2+_u1+_u1R1R2RL+_u2_+

+返回2021/10/10星期日21

減法運(yùn)算u-=u+i-=i+=0i1=if解得：下頁(yè)上頁(yè)+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2i1if_+

+返回2021/10/10星期日22求輸出電壓uo解下頁(yè)上頁(yè)例1+_uo_+

++_4V4R2Ri1i2u+u-倒向比例電路返回2021/10/10星期日23求輸出電壓uo解下頁(yè)上頁(yè)例2+_uo+_6VRRiu+u-RR_+

++_uo_+

++_3V3/2RR化簡(jiǎn)電路返回2021/10/10星期日24例3求輸出電壓uo解下頁(yè)上頁(yè)+uo+6VR_+

+3V+RRRu4u3u2u1_+

+_+

+返回2021/10/10星期日25設(shè)計(jì)一個(gè)用運(yùn)放和電阻組成的電路，其輸出電壓為：2x－y