《电路分析基础》_第2章-3.ppt
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1、第二章第二章 网孔分析和节点分析网孔分析和节点分析 2 2-1-1 网孔分析法网孔分析法网孔分析法网孔分析法 2 2-2-2 互易定理互易定理互易定理互易定理 2 2-3-3 节点分析法节点分析法节点分析法节点分析法 2 2-4-4 含运算放大器的电阻电路含运算放大器的电阻电路含运算放大器的电阻电路含运算放大器的电阻电路 2 2-5-5 电路电路电路电路的对偶性的对偶性的对偶性的对偶性一一般般放放大大器器的的作作用用是是把把输输入入电电压压放放大大一一定定倍倍数数后后再再输输送送出出去去,其其输输出出电电压压与与输输入入电电压压的的比比值值称称为为电电压压放放大大倍倍数数或或电电压增益压增益。
2、它可用来放大直流和频率不太高的交流信号。它可用来放大直流和频率不太高的交流信号。运运算算放放大大器器是是一一种种高高增增益益(可可达达十十几几万万倍倍甚甚至至更更高高)、高高输输入入电电阻阻、低低输输出出电电阻阻的的放放大大器器。由由于于它它能能完完成成加加法法、减减法、积分、微分等数学运算,因而被称为运算放大器法、积分、微分等数学运算,因而被称为运算放大器。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集集成成电电路路,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
3、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逐步集成化,大大降低了成本,获得越来越广泛的应用。器逐步集成化,大大降低了成本,获得越来越广泛的应用。2 2-4 4 含运算放大器的电阻电路含运算放大器的电阻电路含运算放大器的电阻电路含运算放大器的电阻电路1.电路符号电路符号运放有两个输入端运放有两个输入端a、b和一个输出端和一个输出端o。电源电源端子端子E 和和E 连接直流连接直流偏置电压,以维持运放偏置电压,以维持运放内部晶体管正常工作。内部晶体管正常工作。E端接正电压端接正电压,E接负电压,这里电压的正负是对接负电压,这里电压的正负是对“地地”或公或公共端而言的。在分析运放的放大作用
4、时可以不考虑偏置电源,可共端而言的。在分析运放的放大作用时可以不考虑偏置电源,可采用下页所示的运放电路符号。但应记住偏置电源是存在的。采用下页所示的运放电路符号。但应记住偏置电源是存在的。A:表示运放的开环电压放大倍数,可达十几万倍。表示运放的开环电压放大倍数,可达十几万倍。:运放电路符号中的运放电路符号中的“三角形三角形”符号表示运放具有符号表示运放具有“单方单方向向”性质性质(图中图中 图形符号就代表这种性质图形符号就代表这种性质)。+_ududuuuo_+A+abo地地EE各端点上的电压参考方向如图所示,各端点上的电压参考方向如图所示,每一端点均为对地的电压每一端点均为对地的电压,在接地
5、端在接地端未画出时尤须注意。未画出时尤须注意。实际运放均有电源端,而这些端子实际运放均有电源端,而这些端子在电路符号图中不画出,常常只画在电路符号图中不画出,常常只画有有a端端、b端端、o端以及公共端端以及公共端。a端称为倒向输入端(也称反向输入端):端称为倒向输入端(也称反向输入端):当输入电压当输入电压 u加加在在a端与公共端之间,且其实际方向从端与公共端之间,且其实际方向从a端指向公共端时,输端指向公共端时,输出电压出电压u0 0实际方向则自公共端指向实际方向则自公共端指向o端,即两者的实际方向相端,即两者的实际方向相对公共端正好相反。对公共端正好相反。b端称为非倒向输入端(也称同向输入
6、端):端称为非倒向输入端(也称同向输入端):当输入电压当输入电压 u加在加在b端与公共端之间,且其实际方向从端与公共端之间,且其实际方向从b端指向公共端时,端指向公共端时,输出电压输出电压u0 0实际方向则自实际方向则自o端指向公共端,即两者的实际方向端指向公共端,即两者的实际方向相对公共端正好相同。相对公共端正好相同。+_+uu+_uoao+_udud_+A+b为了区别起见,为了区别起见,a端和端和b端分别用端分别用“-”号号 和和 “+”号标出,如图所号标出,如图所示,但不要将它们误认为电压参示,但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。电压的正负考方向的正负极性。电压的正负极性应另外标出
7、或用箭头表示。极性应另外标出或用箭头表示。如果在如果在a端和端和b端分别同时加输入电压端分别同时加输入电压u和和u,则有则有 其中其中uduu,运放的这种输入情况称为差动输入,运放的这种输入情况称为差动输入,而而ud称为差动输入电压。称为差动输入电压。u0A(uu)A ud2.2.传输特性传输特性定义:输入信号和输出信号的关系的特性,称为传输特性。定义:输入信号和输出信号的关系的特性,称为传输特性。+_+uu+_uoao+_udud_+A+b设设在在 a,b 间间加加一一电电压压 ud=u+-u-,则则可可得得输输出出uo和和输输入入ud之之间间的的转转移移特特性性曲曲线线如如下下图图所所示示
8、,这这个个关关系曲线称为运放的外特性系曲线称为运放的外特性。分三个区域分三个区域:线性工作区线性工作区:|ud|Uds,则则 uo=Usatud-Uds,则则 uo=-Usat3.3.运算放大器的外特性运算放大器的外特性这这里里Uds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,A=105,则则Uds=0.13mV。+_+uu+_uoao+_udud_+A+b4.4.等效电路模型等效电路模型Rin为运算放大器两输入端间的输入电阻,为运算放大器两输入端间的输入电阻,Ro为运算放大器为运算放大器的输出电阻。的输出电阻。运放的电路模型如右运放的电路模型如右图所示,其中电压控图所
9、示,其中电压控制电压源的电压为制电压源的电压为:A(uu)对于放大器的输入、输出电阻的要求:输入电阻对于放大器的输入、输出电阻的要求:输入电阻Rin越越大越好,因为越大,大越好,因为越大,放大器从信号源吸收的功率越小,这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样信号源可以带较多的放大器。输出电阻。输出电阻Ro越小越好,这越小越好,这样对相同容量的放大器可以带较多的负载。样对相同容量的放大器可以带较多的负载。实际运放的输入电阻实际运放的输入电阻Rin大约接近大约接近1兆欧,而输出电阻兆欧,而输出电阻R0为为100欧姆左右欧姆左右。如果把运放的工作范围限制在线性段,即设Usatu
10、0 Usat。由于放大器的放大倍数A很大,而Usat一般为正负十几伏或几伏,这样输入电压就必须很小。运放的这种工作状态称为“开环运行”。在运放的实际应用中,通常通过一定的方式将输出的一部分接回(反馈)到输入中去,这种工作状态称为“闭环运行”。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。5.5.含有运算放大器的电路分析举例含有运算放大器的电路分析举例例例.倒向比例器倒向比例器 下图表示一个由运放和电阻构成的电路,称为倒向比例器。运放的输出电压通过电阻Rf反馈倒输入回路中。显然,由于电阻R1的存在,电路的输入电压ui与运放的倒向输入端电压u1不同。用节点电压法分析用节
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