邱关源电路第五版课件第5章.ppt

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本章重点,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,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,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,有源滤波器、精密整流电路、电压比较器、采样-保持电路。

返回,电路,下页,上页,频带过窄。

线性范围小。

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,缺点：

下页,上页,集成运算放大器,返回,符号,8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,电路符号,a：

倒向输入端，输入电压u,b：

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,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,下页,上页,返回,分三个区域：

线性工作区：

|ud|则uo=Aud,正向饱和区：

反向饱和区：

ud则uo=Usat,ud-则uo=-Usat,是一个数值很小的电压，例如Usat=13V,A=105，则=0.13mV。

下页,上页,注意,返回,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,4.理想运算放大器,下页,上页,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，器件相当于开路（虚断路）。

Ro0,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,返回,用结点法分析（电阻用电导表示）,（G1+Gi+Gf）un1-Gfun2=G1ui,-Gfun1（Gf+Go+GL）un2=GoAu1,u1=un1,整理，得,（G1+Gi+Gf）un1-Gfun2=G1ui,（-Gf+GoA）un1（Gf+Go+GL）un2=0,解得,下页,上页,2.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）（Gf+Go+GL）要大得多。

所以,uo/ui只取决于反馈电阻Rf与R1的比值，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+=u-=0，i1=ui/R1i2=-uo/Rf,i-=0，i2=i1,下页,上页,以上近似结果是将运放看作理想情况而得到。

由理想运放的特性：

注意,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,返回,下页,上页,5-3含有理想运算放大器的电路的分析,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/Rf,uo=-（Rf/R1ui1+Rf/R2ui2+Rf/R3ui3）,下页,上页,2.典型电路,返回,非倒向比例器,uo=（R1+R2）/R2ui=（1+R1/R2）ui,（uo-u-）/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,返回,电压跟随器,输入电阻无穷大（虚断）。

输出电阻为零。

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,返回,分压电路,可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。

下页,上页,返回,减法运算,i1=if,解得,下页,上页,返回,求输出电压uo。

解,下页,上页,例3-1,倒向比例电路,返回,求输出电压uo。

解,下页,上页,例3-2,化简电路,返回,例3-3,求输出电压uo。

解,下页,上页,返回,设计一个用运放和电阻组成的电路，其输出电压为,2xyz。

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。

例3-4,解,下页,上页,返回,上页,解,返回,