电路邱关源第五版.ppt
第五章第五章 含运算放大器的电阻电路含运算放大器的电阻电路l总体要求与重点总体要求与重点 1.1.了解运算放大器的电路模型。了解运算放大器的电路模型。2.2.熟练掌握熟练掌握理想运算放大器的运算规则。理想运算放大器的运算规则。3.3.熟练运用熟练运用含运算放大器的电路的分析方法。含运算放大器的电路的分析方法。5.1-5.2 运算放大器的电路模型及比例电路运算放大器的电路模型及比例电路主要内容：主要内容：1、运算放大器的电路模型及其特性、运算放大器的电路模型及其特性（5.1）2、比例电路的分析、比例电路的分析（5.2）l 运算放大器运算放大器(Operational Amplifier)运运算算放放大大器器（简简称称运运放放）是是一一种种包包含含许许多多“晶晶体体管管”的的电电子子器器件件，主主要要用用于于模模拟拟加加、减减、积积分分等等运运算算，对对电电路路进进行行模模拟拟分分析析。运运算算放放大大器器是是高高放放大大倍倍数数的的直直接接耦耦合合的的放放大大器器，可可用用来来放大放大直流直流和和频率不太高的交流信号频率不太高的交流信号。最最早早开开始始应应用用于于19401940年年，19601960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，在在信信号号处处理理、测测量量及及波波形形产产生生方面也获得广泛应用。方面也获得广泛应用。一、运算放大器的电路模型一、运算放大器的电路模型（5.1）1 1、运算放大器简介、运算放大器简介2.2.运算放大器的电路符号运算放大器的电路符号a：反相（反相（倒倒相相）输入端，输入电压）输入端，输入电压 ub：同同相相（非倒非倒相相）输入端，输入电压输入端，输入电压 u+o：输出端输出端,输出电压输出电压 uoA：开环开环电压放大倍数电压放大倍数u+u-uoudao_+A+b:公共端公共端(接地端接地端)E、E：直流偏置电压：直流偏置电压：表示运放具有：表示运放具有“单方向单方向”性性质质u ud du uu u：差动输入电压：差动输入电压_+_+_+_注意：图中电压的参考方向均为对注意：图中电压的参考方向均为对“地地”的电压，在接地端未画出时尤须注意的电压，在接地端未画出时尤须注意u u0 0A A（u uu u）A uA ud d在在 a,b 间间加加一一电电压压 ud=u+-u-，可可得得输输出出uo和和输输入入ud之之间间的的转转移移特性曲线如下：特性曲线如下：分三个区域：分三个区域：线性工作区：线性工作区：|ud|则则 uo=Usatud-则则 uo=-Usat3.3.运算放大器的外特性运算放大器的外特性 是是一一个个数数值值很很小小的的电电压压，例例如如Usat=13V,=13V,A=10=105 5，则则 =0.13mV=0.13mV。Usat-Usat-Uo/VUd/mVO实际特性实际特性近似特性近似特性au+u-uoo+_ud_+A+b4.4.运算放大器的运算放大器的电路模型电路模型输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻+_A(u+-u-)RoRiu+u-uou+u-uoudao_+A+b_+_+_+_u0A（uu）A ud当当:u+=0,则则uo=Au当当:u=0,则则uo=Au对于放大器的输入、输出电阻的要求：？对于放大器的输入、输出电阻的要求：？输入电阻输入电阻Rin越大越好越大越好，因为越大，放大器从信号源吸收的功率越小，这样信，因为越大，放大器从信号源吸收的功率越小，这样信号源可以带较多的放大器（兆号源可以带较多的放大器（兆）输出电阻输出电阻Ro越小越好越小越好，这样对相同容量的放大器可以带较多的负载（，这样对相同容量的放大器可以带较多的负载（100）在在线性放大区线性放大区，将运放电路作如下的，将运放电路作如下的理想化处理理想化处理：A 又又 uo为有限值，则为有限值，则ud=0,即即u+=u-，两个输入端之间，两个输入端之间相当于短路相当于短路(虚短路虚短路)；Rin 、RO05.5.理想运算放大器理想运算放大器则：则：i+=0,i-=0。即从输入端看进去，元件相当于开路。即从输入端看进去，元件相当于开路(虚断路虚断路)。u0A（uu）A ud+_A(u+-u-)RoRiu+u-uo理想运放的电路符号理想运放的电路符号实际运放的电路符号实际运放的电路符号注意注意：运放运放开环工作开环工作极不稳定，且由于开环放大倍数极不稳定，且由于开环放大倍数A 很大，而很大，而Usat一般为正负十几伏或几伏，这样要求一般为正负十几伏或几伏，这样要求输入电压就必须很小输入电压就必须很小。一般。一般运放外部应接某些元件运放外部应接某些元件(R、C等等)，使其工作在，使其工作在闭环闭环状态。状态。1.1.反相（倒相）比例器（由实际运放构成）反相（倒相）比例器（由实际运放构成）由由于于运运放放开开环环工工作作极极不不稳稳定定，一一般般外外部部接接某某些些元元件件(R、C等等)，使其工作在闭环状态。，使其工作在闭环状态。二、比例电路的分析（二、比例电路的分析（5.2）+_uo_+A+_uiR1RfRL12R1RiRfRoAu1+_+_u1+_uo+_uiRL运放等效电路运放等效电路21反馈电阻反馈电阻用用结点法结点法分析：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=Au1Gou1=un1，uo=un2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uiR1RiRfRoAu1+_+_u1+_uo+_RL运放等效电路运放等效电路21因因A A一一般般很很大大，上上式式中中分分母母中中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，后一项可忽略，得要大得多。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。近似结果可将运放看作理想情况而得到。表表明明 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身的参数无关。本身的参数无关。负号表明负号表明uo和和ui总是符号相反总是符号相反(反相比例器反相比例器)。2 2、由理想运放构成的倒相比例器、由理想运放构成的倒相比例器“虚短虚短”：u+=u-=0，i1=ui/R1,i2=-uo/Rf“虚断虚断”：i-=0，i2=i1有：有：即：即：1、当、当 R1 和和 Rf 确定后，为使确定后，为使 uo 不超过饱和电压不超过饱和电压(即保证工作在即保证工作在线性区线性区)，对，对ui有一定限制。有一定限制。2、Rf 接在输出端和接在输出端和倒相输入倒相输入端端,称为称为负反馈电阻。负反馈电阻。注意：注意：小结小结当当 Rf=R1时，时，倒相器倒相器
