电路邱关源第五版05第五章

第五章

含有运算放大 器的电阻电路本章重点

5.1 5.2 5.3

运算放大器的电路模型 比例电路的分析 含有理想运算放大器的电路分析 首页

重点 理想运算放大器的外部特性； (1)理想运算放大器的外部特性； 含理想运算放大器的电阻电路分析； (2)含理想运算放大器的电阻电路分析； 一些典型的电路； (3)一些典型的电路；

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5.1 运算放大器的电路模型1. 简介运算放大器 是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早 是一种有着十分广泛用途的电子器件。 开始应用于1940年 ， 1960年后 ， 随着集成电路 年后， 开始应用于 年 年后 技术的发展， 运算放大器逐步集成化， 技术的发展 ， 运算放大器逐步集成化 ， 大大降 低了成本，获得了越来越广泛的应用。 低了成本，获得了越来越广泛的应用。

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应用 ①信号的运算电路 ②信号的处理电路 比例、 对数、 比例、加、减、对数、指 数、积分、微分等运算。 积分、微分等运算。 有源滤波器、精密整流电路、 有源滤波器、精密整流电路、 电压比较器、采样—保持电 电压比较器、采样—保持电 路。 产生方波、 产生方波、锯齿波等波形

③信号的发生电路

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电路输入端 输 入 级 中间级 用以电 压放大 偏置 电路 输 出 级 输出端

缺点： 缺点： ①频带过窄 ②线性范围小

加入负反馈

①扩展频带 ②减小非线性失真

优点： 优点： ①高增益 输入电阻大， ②输入电阻大，输出电阻小返 回 上 页 下 页

集成运算放大器

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符号 8个管脚： 个管脚： 2:倒向输入端 3:非倒向输入端 4、7:电源端 6:输出端 1、5:外接调零电位器 8:空脚 2 3 7

+15V

6 4 1 5 单 向 放 大

- 15V

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电路符号 a

在电路符号图中一般不画出直流电 源端，而只有a,b,o三端和接地端。 三端和接地端。 源端，而只有 三端和接地端 a:倒向输入端，输入电压u- 倒向输入端，输入电压 o 非倒向输入端，输入电压u b:非倒向输入端，输入电压 + + o:输出端, 输出电压 u 输出端, o uo _ 公共端(接地端) : 公共端(接地端) 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。

_ _ A ud + - b + u + ++ u _ _ +

注意

图中参考方向表示每一点对地的电压， 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。 地端未画出时尤须注意。返 回 上 页 下 页

2. 运算放大器的静特性可得输出u 在 a,b 间加一电压 ud =u+-u-,可得输出 o和 输入u 之间的转移特性曲线如下： 输入 d之间的转移特性曲线如下： ua _ ud + _ + Uo/V A + o uo Usat

u+ b

-ε0

ε -Usat

实际特性 Ud/mV

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Usat

Uo/V 近似特性

分三个区域： 分三个区域： ①线性工作区： 线性工作区：

|ud| <εε0 Ud/mV

则 uo=Aud

-ε

②正向饱和区： 正向饱和区：

-Usat

ud> ε 则 uo= Usat③反向饱和区： 反向饱和区：

ε是一个数值很小的电压，例如 Usat=13V, A =105,则ε = 0.13mV。 。返 回 上 页 下 页

注意

ud<- ε 则 uo= -Usat

3. 电路模型 u+=

输入电阻

输出电阻 + Ro u o + A(u+-u-) _ -

0, 则uo 当: 当: u-= 0, 则uo=Au+ 4. 理想运算放大器

=-Au-

uu+

Ri

在线性放大区，将运放电路作如下理想化处理： 在线性放大区，将运放电路作如下理想化处理： uo为有限值，则ud=0 ,即u+=u-,两个 为有限值， ① A→∞ 输入端之间相当于短路(虚短路) 输入端之间相当于短路(虚短路) ② Ri →∞ i+=0 , i-=0。 即从输入端看进去，元 即从输入端看进去， 件相当于开路(虚断路) 件相当于开路(虚断路)。 ③ Ro →0返 回 上 页 下 页

5.2 比例电路的分析1. 倒向比例器运放开环工作极不稳定， 运放开环工作极不稳定，一般外部接若干元件 使其工作在闭环状态。 (R、C等),使其工作在闭环状态。 等 Rf Rf 1 2 + R1 + R1 Ro _ A Ri 2 RL uo ui + + 1 + + _ _ Aun1 + ui RL uo _ _ 运放等效电路返 回 上 页 下 页

2. 电路分析 用结点法分析：(电阻用电导表示) 用结点法分析： 电阻用电导表示)(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui -Gf un1+(Gf+Go+GL)un2 + =GoAu1 u1= un1 ui _ 整理， 整理，得： (G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui 解得： 解得： Rf1 2

R1

Ro Ri + Au1 _

RL

+ uo _

(-Gf +GoA)un1+(Gf+Go+GL)un2 =0

G Gf (AG Gf ) o 1 uo = un2 = × ui Gf Gf (AG Gf ) + (G +Gi +Gf ) (Gf +Go +GL) o 1返 回 上 页 下 页

G Gf (AG Gf ) 1 o uo =un2 = ui Gf Gf (AG Gf ) +(G +G +Gf ) (Gf +Go +GL) o 1 i一般很大， 因A一般很大，上式分母中 f(AGo-Gf)一项的值比 一般很大 上式分母中G 一项的值比 (G1+ Gi + Gf) (G1+ Gi + Gf)要大得多。所以 要大得多。 要大得多

表明

G1 Rf u o ≈ ui = ui Gf R1

uo / ui只取决于反馈电阻 f与R1比值，而与放大器 只取决于反馈电阻R 比值， 本身的参数无关。负号表明u 总是符号相反( 本身的参数无关。负号表明 o和ui总是符号相反(倒向 比例器)。 比例器)返 回 上 页 下 页

由理想运放的特性： 到。由理想运放的特性： 根据“虚短” ①根据“虚短”:

注意 以上近似结果可将运放看作理想情况而得 u+ = u- =0, i1= ui/R1 i2= -uo /Rf

②根据“虚断”: i-= 0,i = i 根据“虚断” 2 1 Rf i2 i1 R1 _ ∞ 2 + 1 + + + ui RL uo _ _

Rf ∴ u o = ui R1

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Rf R1 + ui _1

_ +

∞+

2

RL

+ uo _

Rf u o = ui R1

注意确定后，为使u 不超过饱和电压( ① 当R1 和Rf 确定后，为

使 o不超过饱和电压(即保 证工作在线性区) 有一定限制。 证工作在线性区),对ui有一定限制。 运放工作在开环状态极不稳定，振荡在饱和区; ② 运放工作在开环状态极不稳定，振荡在饱和区; 工作在闭环状态，输出电压由外电路决定。 工作在闭环状态，输出电压由外电路决定。 接在输出端和反相输入端,称为负反馈) (Rf 接在输出端和反相输入端,称为负反馈)。返 回 上 页 下 页

5.3 含有理想运算放大器的电路分析1. 分析方法①根据理想运放的性质，抓住以下两条规则： 根据理想运放的性质，抓住以下两条规则： (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( [ “虚断(路)”]; (b)对于公共端(地),倒向输入端的电压与 对于公共端( ),倒向输入端的电压与 对于公共端 非倒向输入端的电压相等 虚短( [ “虚短(路)”]。 ②合理地运用这两条规则，并与结点电压法相结合。 合理地运用这两条规则，并与结点电压法相结合。

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2. 典型电路①加法器

ui1 ui2 ui3

R1 R2 R3 iuu+ _ +

Rf

∞+ + uo _

u-= u+=0 i-=0

ui1/R1+ ui2 /R2+ ui3 /R3 =-uo /Rf uo= -(Rf /R1 ui1 +Rf /R2 ui2+Rf /R3 ui3)比例加法器： 符号如下图： 比例加法器：y =a1x1+a2x2+a3x3 ,符号如下图： x1 a1 x2 -y y -1 a2 x3 a3 返 回 …… 此处隐藏：2207字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……