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1、第五章 含有运算放大器的电阻电路首 页本章重点运算放大器的电路模型5.1比例电路的分析5.2含有理想运算放大器的电路分析5.3l重点（1）理想运算放大器的外部特性；（2）含理想运算放大器的电阻电路分析；（3）一些典型的电路；返 回l 运算放大器是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应用于1940年，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，获得了越来越广泛的应用。5.1 运算放大器的电路模型1.简介下 页 上 页 返 回l 应用信号的运算电路下 页 上 页比例、加、减、对数、指数、积分、微分等运算。产生方波、锯齿波等波形信号的处理电路信号的发生电路有源滤波
2、器、精密整流电路、电压比较器、采样保持电路。返 回l 电路输入级偏置电路中间级用以电压放大输出级输入端输出端下 页 上 页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，输出电阻小返 回下 页 上 页集成运算放大器返 回l 符号765 4321+15V15V8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：空脚单向放大下 页 上 页 返 回l电路符号a：倒向输入端，输入电压ub：非倒向输入端，输入电压u+o：输出端,输出电压 uo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。图中参考方向表示每一点对地的
3、电压，在接地端未画出时尤须注意。A：开环电压放大倍数，可达十几万倍。:公共端(接地端)下 页 上 页注意+_+u+u-+_uoao+_udb_+A+返 回 在 a,b 间加一电压 ud=u+-u-，可得输出uo和输入ud之间的转移特性曲线如下：2.运算放大器的静特性Usat-Usat-Uo/VUd/mV0实际特性au+u-uoo+_ud_+A+b下 页 上 页 返 回Usat-Usat-Uo/VUd/mV0分三个区域：线性工作区：|ud|则 uo=Usatud-则 uo=-Usat是一个数值很小的电压，例如Usat=13V,A=105，则=0.13mV。近似特性下 页 上 页注意返 回3.电路
4、模型输入电阻输出电阻当:u+=0,则uo=Au当:u=0,则uo=Au4.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：A uo为有限值，则ud=0,即u+=u-，两个输入端之间相当于短路(虚短路)Ri i+=0,i=0。即从输入端看进去，元件相当于开路(虚断路)。Ro 0返 回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，一般外部接若干元件(R、C等)，使其工作在闭环状态。下 页 上 页+_uo+_uiR1RfRL21_+A+21R1RiRfRoAun1+_uoRL运放等效电路+_ui返 回用结点法分析：(电阻用电导
5、表示)(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui-Gf un1(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 页 上 页21R1RiRfRoAu1+_+_uoRL+_ui2.电路分析返 回因A一般很大，上式分母中Gf(AGo-Gf)一项的值比(G1+Gi+Gf)(G1+Gi+Gf)要大得多。所以uo/ui只取决于反馈电阻Rf与R1比值，而与放大器本身的参数无关。负号表明uo和ui总是符号相反(倒向比例器)。下 页 上 页表明返 回根据“虚短”：根据“虚断”：u+
6、=u-=0，i1=ui/R1 i2=-uo/Rfi-=0，i2=i1下 页 上 页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：注意i1i2+_uo+_uiR1RfRL21_+返 回 当R1 和Rf 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。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。(Rf 接在输出端和反相输入端,称为负反馈)。下 页 上 页注意+_uo+_uiR1RfRL21_+返 回下 页 上 页5.3 含有理想运算放大器的电路分析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“虚
7、断（路）”；（b）对于公共端（地），倒向输入端的电压与 非倒向输入端的电压相等“虚短（路）”。1.分析方法合理地运用这两条规则，并与结点电压法相结合。返 回加法器比例加法器：y=a1x1+a2x2+a3x3，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.典型电路返 回非倒向比例器u+=u-=uii+=i-=0uo=(R1+R2)/R2 ui=(1+R1/R2)ui(uo-u
8、-)/R1=u-/R2根据“虚短”和“虚断”uo与ui同相当R2=，R1=0时，uo=ui，为电压跟随器输入、输出关系与运放本身参数无关。下 页 上 页结论RiuiR1 R2u+u-i-+_uo+_i+_+返 回电压跟随器 输入阻抗无穷大(虚断)；输出阻抗为零；应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。uo=ui。电路A电路B下 页 上 页特点+_+_uiuo_+返 回例 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 减法运算u-=u+i-=i+=0i1=if解得：下 页 上 页+_uoR2Rfi-u+u
9、-R1R3ui1ui2i1if_+返 回求输出电压uo解下 页 上 页例1+_uo_+_4V4R2Ri1i2u+u-倒向比例电路返 回求输出电压uo解下 页 上 页例2+_uo+_6VRRiu+u-RR_+_uo_+_3V3/2RR化简电路返 回例3求输出电压uo解下 页 上 页+uo+6VR_+3V+RRRu4u3u2u1_+_+返 回设计一个用运放和电阻组成的电路，其输出电压为：2x y z 其中x、y、z 分别表示三个输入电压的值，设x、y、z不超过10V,同时要求每一个电阻的功率不超过0.5W，确定各电阻的值。+_uo_+RRR2RuzuxRuy例4解下 页 上 页 返 回上 页+_uo_+RaRfRzRbuzuxRyuy解返 回