第5章含有运算放大器的电阻电路

第五章 含运算放大器的 电阻电路

主要内容

1.运算放大器的电路模型 2.比例电路分析 3.含理想运算放大器的电路分析

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1

一、运算放大器的电路模型

1.运算放大器

正 电 输 调 空 源 出 零 脚 端 端 端

a)双列直插式 b)圆壳式

运算放大器的常见外形

741运放的外形图

作用:

(1) 电压放大； (2)加、减、积分等运算

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调 反 同 负 零 相 相 电 端 端 端 源 端

741运放的管脚图

2

运放符号：

反相输入端 a 同相输入端 b

E+

正电源端

o 输出端 “地”或公共端

+ +

负电源端 E -

+ +

新国标符号

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+

旧国标符号

3

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2.运放的外部特性 a u_ _ A o ud + uo b + + u+ ud =u+-u-：差动输入电压 分三个区域：

uo/V

Usat

-

O

- Usat

ud/mV

外特性曲线

①线性工作区：|ud| < , uo=Aud ②正向饱和区：ud > , uo= Usat ③反向饱和区：ud <- , uo= -Usat

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信号输入方式：

差动输入 单端输入

u0 =A（ u+- u-）

+ + u0 -

u

u 0

u0 = - Au- 输出电压反相

+

u

A+ u0

u 0

u0 = Au+ 输出电压同相

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5

3.电路模型 uRin u+

输入电阻( >1MΩ)

Ro

＋

+ _

uo

－

A(u+-u-)

输出电阻

(<100Ω)

运放的特点：高增益（A＞105） 高输入电阻

低输出电阻

输出电压u0为有限值（＜15V）

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4.理想运算放大器

在线性放大区，

将运放电路作如下的 理想化处理： ① A

② Rin

_ u- _ ud + + i u+ +

i-

+

uo

③ Ro 0

输入端特性

（1）虚断：i+=i－=0 ∵ Rin （2）虚短：u+ = u∵u0 =A（ u+- u-）有限 ，A

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二、比例电路的分析

例：图示电路为倒向比例器，求输出电压uo与输入电压ui 之比。 Rf R1

1

_ +

+ ui _

A +

2

+ RL uo _

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法1：运放用电路模型代替 Rf R1 1 + ui _ Rin + R o u1 + _ -Au 1 _

2

用结点电压法分析

+ uo _ (G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui

RL

-Gf un1＋(Gf+Go+GL)un2=-GoAu1

u1=un1

求解方程，得到：

uo un2 G1 Gf Gf ( AGo Gf ) Gf ( AGo Gf ) (G1 Gi Gf ) (Gf Go GL ) ui

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闭环电压放大倍数：

uo ui G1 Gf Rf R1

表明闭环电压放大倍数只取决于Rf与R1比值，

而与运放本身的参数无关。

负号表明uo 和ui 总是符号相反，称为倒向

（反相）比例器。

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法2：运放近似看作理想情况 (1) 根据“虚短”： Rf

i2

i1 R i1

+ ui _

_

uu+ +

+ RL

+ uo _

u+ = u- =0 i1= （ui - u-）/ R1 i2= （ u- - uo ）/ Rf

(2) 根据“虚断”：

i-= 0，i1= i2

uo ui Rf R1

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三、含有理想运算放大器的电路的分析

1.含理想运放电路的分析 结合理想运放的“虚短”、“虚断”特性， 应用结点电压法分析。 理想运放: 虚短：u+=u-