第5章 含运算放大器的电阻电路.ppt

第五章含运算放大器
的电阻电路
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)熟悉一些典型的电路;
运算放大器(operational amplifier)
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。
运算放大器的电路模型
1. 简介
应用
主要用于模拟计算机,可模拟加、减、积分等运算,对电路进行模拟分析。在信号处理、测量及波形产生方面也获得广泛应用。
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
符号
7
6
5
4
3
2
1
+15V
-15V
8个管脚:
2:反相输入端
3:同相输入端
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
+
_
_
+
u+
u-
+
_
uo
a
o
+
_
ud
_
+
A
+
b
电路符号
a: 反向输入端,输入电压 u-
b:同向输入端,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。
其中参考方向如图所示,每一点均为对地的电压,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)
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:
分三个区域:
①线性工作区:
|ud| <=Usat/A, 则 uo=Aud
②正向饱和区:
③反向饱和区:
ud> 则 uo= Usat
ud<- 则 uo= -Usat
2. 运算放大器的静特性
是一个数值很小的电压,例如Usat=13V,A =105,则=。
Usat
-Usat

-
Uo/V
Ud/mV
O
实际特性
近似特性
a
u+
u-
uo
o
+
_
ud
_
+
A
+
b
3. 电路模型
输入电阻
输出电阻
当: u+= 0, 则uo=-Au-
当: u-= 0, 则uo=Au+
在线性放大区,将运放电路作如下的理想化处理:
① 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);
② Ri 
4. 理想运算放大器
i+=0 , i-=0。即从输入端看进去,
元件相当于开路(虚断路)。
+
_
A(u+-u-)
Ro
Ri
u+
u-
+
-
uo
含运算放大器的电路的分析
1. 反相比例器
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。
R1
Ri
Rf
Ro
Au1
+
_
+
_
u1
+
_
uo
+
_
ui
RL
运放等效电路
2
1
+
_
uo
_
+
A
+
+
_
ui
R1
Rf
RL
1
2
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
整理,得
(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui
(-Gf +GoA)un1+(Gf+Go+GL)un2 =0
解得
ui
R1
Ri
Rf
Ro
Au1
+
_
+
_
u1
+
_
uo
+
_
RL
运放等效电路
2
1
因A一般很大,上式中分母中Gf(AGo-Gf)一项的值比(G1+ Gi + Gf) (G1+ Gi + Gf)要大得多。所以,后一项可忽略,得
近似结果可将运放看作理想情况而得到。
表明 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(反相比例器)。
根据理想运放的特性分析:
(1) 根据“虚短”:
(2)根据“虚断”:
(1) 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。
(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。( Rf 接在输出端和反相输入端,称为负反馈)。
注意
u+ = u- =0,i1= ui/R1
i2= -uo /Rf
i-= 0,i2= i1
+
_
uo
_
+

+
+
_
ui
R1
Rf
RL