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1、本讲稿第一页，共二十六页l重点重点 （1 1）理想运算放大器的外部特性；）理想运算放大器的外部特性；（2 2）含理想运算放大器的电阻电路分析；）含理想运算放大器的电阻电路分析；（3 3）一些典型的电路；）一些典型的电路；返 回本讲稿第二页，共二十六页l 运算放大器运算放大器是是一一种种有有着着十十分分广广泛泛用用途途的的电电子子器器件件。最最早早开开始始应应用用于于1940年年，1960年年后后，随随着着集集成成电电路路技技术术的的发发展展，运运算算放放大大器器逐逐步步集集成成化化，大大大大降降低低了了成成本本，获获得了越来越广泛的应用。得了越来越广泛的应用。5.1 5.1 运算放大器的电路模
2、型运算放大器的电路模型1.1.简介简介下 页上 页返 回本讲稿第三页，共二十六页l 应用应用信号的运算电路信号的运算电路下 页上 页比例、加、减、对数、指数、积比例、加、减、对数、指数、积分、微分等运算。分、微分等运算。产生方波、锯齿波等波形产生方波、锯齿波等波形信号的处理电路信号的处理电路信号的发生电路信号的发生电路有源滤波器、精密整流电路、有源滤波器、精密整流电路、电压比较器、采样电压比较器、采样保持电路。保持电路。返 回本讲稿第四页，共二十六页l 电路电路输输入入级级偏置偏置电路电路中间级中间级用以电用以电压放大压放大输输出出级级输入端输入端输出端输出端下 页上 页频带过窄频带过窄线性范
3、围小线性范围小缺点：缺点：加入负反馈加入负反馈扩展频带扩展频带减小非线性失真减小非线性失真优点：优点：高增益高增益输入电阻大，输出电阻小输入电阻大，输出电阻小返 回本讲稿第五页，共二十六页下 页上 页集成运算放大器集成运算放大器返 回本讲稿第六页，共二十六页l 符号符号7654321+15V15V8 8个管脚：个管脚：2 2：倒向输入端：倒向输入端3 3：非倒向输入端：非倒向输入端4 4、7 7：电源端：电源端6 6：输出端：输出端1 1、5 5：外接调零电位器：外接调零电位器8 8：空脚：空脚单向放大下 页上 页返 回本讲稿第七页，共二十六页l电路符号电路符号a a：倒向输入端，输入电压：倒
4、向输入端，输入电压ub b：非倒向输入端，输入电压：非倒向输入端，输入电压u+o o：输出端：输出端,输出电压输出电压 uo在在电电路路符符号号图图中中一一般般不不画画出出直直流流电电源源端，而只有端，而只有a,b,o三端和接地端。三端和接地端。图图中中参参考考方方向向表表示示每每一一点点对对地地的的电电压压，在在接接地地端端未未画画出时尤须注意。出时尤须注意。A：开开环环电电压压放放大大倍倍数数，可可达十几万倍。达十几万倍。:公共端公共端(接地端接地端)下 页上 页注意+_+u+u-+_uoao+_udb_+A+返 回本讲稿第八页，共二十六页 在在 a,b 间间加加一一电电压压 ud=u+-
5、u-，可可得得输输出出uo和和输输入入ud之之间的转移特性曲线如下：间的转移特性曲线如下：2.2.运算放大器的静特性运算放大器的静特性Usat-Usat-Uo/VUd/mV0实际特性实际特性au+u-uoo+_ud_+A+b下 页上 页返 回本讲稿第九页，共二十六页Usat-Usat-Uo/VUd/mV0分三个区域：线性工作区：线性工作区：|ud|则则 uo=Usatud-则则 uo=-Usat 是一个数值很小的电压，例如是一个数值很小的电压，例如Usat=13V,A=105，则则=0.13mV。近似特性近似特性下 页上 页注意返 回本讲稿第十页，共二十六页3.3.电路模型电路模型输入电阻输出
6、电阻当当:u+=0,则则uo=Au当当:u=0,则则uo=Au4.4.理想运算放大器理想运算放大器下 页上 页+_A(u+-u-)RoRiu+u-uo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：Auo为有限值，则为有限值，则ud=0,即即u+=u-，两个输入，两个输入端之间相当于短路端之间相当于短路(虚短路虚短路)Ri i+=0,i=0。即从输入端看进去，元件相即从输入端看进去，元件相当于开路当于开路(虚断路虚断路)。Ro 0返 回本讲稿第十一页，共二十六页5.2 5.2 比例电路的分析比例电路的分析1.1.倒向比例器倒向比例器运运放放开开环环工工作作极
7、极不不稳稳定定，一一般般外外部部接接若若干干元元件件(R、C等等)，使其工作在闭环状态。，使其工作在闭环状态。下 页上 页+_uo+_uiR1RfRL21_+A+21R1RiRfRoAun1+_uoRL运放等效电路运放等效电路+_ui返 回本讲稿第十二页，共二十六页用结点法分析：用结点法分析：(电阻用电导表示电阻用电导表示)(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui-Gf un1(Gf+Go+GL)un2=GoAu1u1=un1整理，得：整理，得：(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui(-Gf+GoA)un1(Gf+Go+GL)un2=0解得：解得：下 页上 页21R1Ri
8、RfRoAu1+_+_uoRL+_ui2.2.电路分析电路分析返 回本讲稿第十三页，共二十六页因因A一一般般很很大大，上上式式分分母母中中Gf(AGo-Gf)一一项项的的值值比比(G1+Gi+Gf)(G1+Gi+Gf)要大得多。所以要大得多。所以uo/ui只只取取决决于于反反馈馈电电阻阻Rf与与R1比比值值，而而与与放放大大器器本本身身的的参数无关。负号表明参数无关。负号表明uo和和ui总是符号相反总是符号相反(倒向比例器倒向比例器)。下 页上 页表明返 回本讲稿第十四页，共二十六页根据根据“虚短虚短”：根据根据“虚断虚断”：u+=u-=0，i1=ui/R1 i2=-uo/Rfi-=0，i2=
9、i1下 页上 页以上近似结果可将运放看作理想情况而得到。以上近似结果可将运放看作理想情况而得到。由理想运放的特性：由理想运放的特性：注意i1i2+_uo+_uiR1RfRL21_+返 回本讲稿第十五页，共二十六页当当R1 和和Rf 确确定定后后，为为使使uo不不超超过过饱饱和和电电压压(即即保保证证工工作在线性区作在线性区)，对，对ui有一定限制。有一定限制。运放工作在开环状态极不稳定，振荡在饱和区运放工作在开环状态极不稳定，振荡在饱和区;工工作在闭环状态，输出电压由外电路决定。作在闭环状态，输出电压由外电路决定。(Rf 接在接在输出端和反相输入端输出端和反相输入端,称为负反馈称为负反馈)。下
10、 页上 页注意+_uo+_uiR1RfRL21_+返 回本讲稿第十六页，共二十六页加法器加法器比例加法器比例加法器：y=a1x1+a2x2+a3x3，符号如下图：符号如下图：ui1/R1+ui2/R2+ui3/R3=-uo/Rfuo=-(Rf/R1 ui1+Rf/R2 ui2+Rf/R3 ui3)u-=u+=0i-=0 x1a1a2a3-1-yyx2x3下 页上 页+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2ui3_+2.2.典型电路典型电路返 回本讲稿第十七页，共二十六页非倒向比例器非倒向比例器u+=u-=uii+=i-=0uo=(R1+R2)/R2 ui =(1+R1/R2)ui(uo
11、-u-)/R1=u-/R2根据根据“虚短虚短”和和“虚断虚断”uo与与ui同相同相当当R2=，R1=0时，时，uo=ui，为电压跟随器为电压跟随器输入、输出关系与运放本身参数无关。输入、输出关系与运放本身参数无关。下 页上 页结论RiuiR1R2u+u-i-+_uo+_i+_+返 回本讲稿第十八页，共二十六页电压跟随器电压跟随器 输入阻抗无穷大输入阻抗无穷大(虚断虚断)；输出阻抗为零；输出阻抗为零；应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。uo=ui。电电路路A电电路路B下 页上 页特点+_+_uiuo_+返 回本讲稿第十九页，共二十六页例例 可见，加入跟
12、随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。A电路下 页上 页R2RLR1+_u2+_u1+_u1R1R2RL+_u2_+返 回本讲稿第二十页，共二十六页 减法运算减法运算u-=u+i-=i+=0i1=if解得：解得：下 页上 页+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2i1if_+返 回本讲稿第二十一页，共二十六页求输出电压求输出电压uo解解下 页上 页例例1+_uo_+_4V4R2Ri1i2u+u-倒向比例电路倒向比例电路返 回本讲稿第二十二页，共二十六页求输出电压求输出电压uo解解下 页上 页例例2+_uo+_6VRRiu+u-RR_+_
13、uo_+_3V3/2RR化简电路化简电路返 回本讲稿第二十三页，共二十六页例例3 3求输出电压求输出电压uo解解下 页上 页返 回+uo+6VR_+3V+RRRu4u3u2u1_+_+本讲稿第二十四页，共二十六页设计一个用运放和电阻组成的电路，其输出电压为：设计一个用运放和电阻组成的电路，其输出电压为：2xyz 其中其中x、y、z 分别表示三个输入电压的值，设分别表示三个输入电压的值，设x、y、z不超过不超过10V,同时要求每一个电阻的功率不超过同时要求每一个电阻的功率不超过0.5W，确，确定各电阻的值。定各电阻的值。+_uo_+RRR2RuzuxRuy例例4 4解解下 页上 页返 回本讲稿第二十五页，共二十六页上 页+_uo_+RaRfRzRbuzuxRyuy解解返 回本讲稿第二十六页，共二十六页