《电路分析基础 教学课件 ppt 作者 毕淑娥 第11章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路分析基础 教学课件 ppt 作者 毕淑娥 第11章（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,内容提要,本章主要以集成运算放大器组成的实际电路为例，介绍实际电路的分析与设计，使初学者能够初步学会分析和设计实际电路。,11.1集成运算放大器的工作特性及分析方法,11.2 集成运放的基本运算电路,11.3 应用电路分析举例,11.4 应用电路设计举例,图示电路是由集成运算放大器组成的小功率液体电热恒温控制电路，其功能是对液体加热进行恒温控制。当液体的温度低于设定值时，恒温控制电路发出信号，主电路的电热丝通电，液体加热；当液体的温度在设定值范围内时，恒温控制电路不发出信号，主电路中的电热丝断电，液体保温。,【引例】,集成运算放大器（简称集成运放）是14脚或8脚的集成芯片，其外形和电路符号如
2、图11.1a、b所示。8脚的芯片集成了一个运算放大器，14脚的芯片集成了二个或四个运算放大器。,集成运算放大器因早期多用于各种数学运算而得此名。目前，集成运放在工程上得到了广泛的应用，例如可进行信号的运算、信号的处理和信号的产生等等。,1. 电压传输特性,集成运放有两个输入端，“+”号表示的端子称为同相输入端，即在此端输入电压时，输出电压与输入电压同相位；“”号表示的端子称为反相输入端，即在此端输入电压时，输出电压与输入电压反相位。,2. 主要技术参数,（1）开环电压放大倍数,（2）最大输出电压,（3）输入电阻,（4）输出电阻,（5）共模抑制比,是指集成运放的差模信号放大,放大倍数和共模信号放
3、大倍数之比，即,大，说明集成运放的抗干扰能力强。,运算放大器的组成,集成运放LM324内部结构,两个输入端,一个输出端,正电源,负电源,2脚：反相输入端 3脚：同相向输入端 4脚、7脚：正负电源端 6脚：输出端 1脚、5脚：外接调零端 8脚：空脚,8个管脚的运放,在电路符号图中一般不画出直流电源端。,1. 集成运放的等效电路,等效电路,2. 集成运放的分析方法,所谓负反馈就是指将集成运放输出端信号的一部分或全部分通过无源网络送回到输入端，使集成运放的输入量减小。,和反相输入端连接起来，电路如图所示。,(1)输入端虚短,三个重要分析规则：,理想运放的输出电压为,则输入电压为,由于,且,为有限值，
4、所以,，即,可以认为反相端和同相端的电位相等，即两端可视为短路。,(2)输入端虚断,理想运放的输入电流为,由于,所以有,可以认为流入反相端和同相端的电流为零，两输入端可视为断路。,(3)输入端虚地,当同相端接地时,根据输入端虚短，有,可以认为反相端的电位等于零，即反相端可视为接地。,集成运放工作在线性区时，可进行比例、加减、乘 除、积分、微分、对数和反对数等运算，本书只介绍前 几种运算。,反相比例运算电路,由KCL得,由于输入端虚断，即,则有,所以,所以闭环电压放大倍数为,反相比例运算电路,静态平衡电阻为,2.同相比例运算电路,由于,则有,由于输入端虚短，即,则有,所以,可知，电压放大倍数,3
5、.电压跟随器,或者,当,4.加法运算电路,则,当 时，,当 时，,5.减法运算电路,应用叠加原理分析减法运算电路：,当 单独作用时，,则,当 单独作用时，,当 单独作用时，,6. 积分运算电路,由KCL得,由于输入端虚断和虚地，则有,则,7. 微分运算电路,由于输入端虚断和虚地，则有,则,分析电路功能的步骤： 1.将整个电路分解成各个单元电路。 2.分析各单元电路的工作原理。 3.估算各单元电路的主要技术参数。 4.整体电路的性能分析。,1可调参考电压电路,在图a中，集成运放接成同相比例运放电路，则输出电压与输入电压的关系式为,在实际应用中，一些电路工作时常需要有参考电压， 提供参考电压的电路
6、可由集成运放组成。,在图b中，集成运放接成 减法运算电路，反相端 和同相端外加同一信号,根据叠加原理得,2电压电流转换电路,在图a中，根据虚短、虚断的概念，有,则,可见，负载电流只与输入电压 和电阻有关，集成运放向负载 提供恒定电流。,此电流源的缺点是负载不能接地，需要离地浮置。,首先求,当输入端虚断时，有,则,3电压比较器,理想运放工作在非线性区的分析依据是：,电压传输特性,对于图(a)电路，有,可见，电压比较器将 输入的任意信号转换 为高、低电平。,过零电压比较器,当输入为正弦波时，输出电压波形为,电压传输特性,4恒温控制电路,图示电路是小功率液体电热恒温控制电路，其功能是 对液体加热进行
7、恒温控制。当液体的温度低于设定值时， 恒温控制电路发出信号，主电路的电热丝通电，液体加热； 当液体的温度在设定值范围内时，恒温控制电路不发出信 号，主电路中的电热丝断电，液体保温。,工作原理分析：,温控电桥电路,温度传感器由热敏电阻R4 代替。当液体温度在要求范围内时，即VA=VB ,电桥平衡,输出信号为零，当液体温度低于设定值时，即VAVB ，电桥失去平衡，给出加热信号。,温度信号放大电路,温度信号放大电路由运算放大器A1组成，接成差动输入形式。当液体温度在要求范围内时,即VA=VB ，运算放大器的输出电压u01 = 0。当液体温度低于设定值时,即VAVB，运算放大器有差值信号输入，经过运算
8、放大器的放大，送到下一级电路。,恒温预置电路,恒温预置电路由运算放大器A2组成，接成电压比较器。调整电阻R10的阻值，设定参考电压值VC，与u01进行比较，当u01 VC时, u02输出低电平。,继电器驱动电路,继电器驱动电路由晶体管V、继电器线圈组成。 u02输出高电平,晶体管V导通，继电器KT线圈通电，其触头动作；当 u02输出低电平时,晶体管V截止，继电器KT线圈断电。,显示电路,显示电路由继电器触头和指示灯组成。当继电器KT线圈通电时，其触头动作，常开触头KT2闭合；红灯亮，表示液体处于加热状态；当继电器KT线圈断电时，绿灯亮，表示液体处于恒温状态。,对于应用电路的设计，应按如下步骤进
9、行： 1.任务要求分析。深刻理解任务要求的含义； 2.确定电路方案。将整个电路按功能分为几个部分。 3.单元电路的设计。用最合理的电路设计单元电路， 然后进行实验论证。 4.整体电路调试。,1可调参考电压源的设计,【例题11.2】试用理想运放和若干电阻设计一个5V 5V的连续可调的参考电压源。,【解】（1）确定电路方案。由于要求参考电压从5V 5V连续可调，所以集成运放采用放大倍数为5的减法电 路结构，电路如图所示。,（2） 选择集成运放，确定 电路的工作电压。集成运放 选择LM324，其工作电压为,（3）确定集成运放输出与 输入的关系式。,根据叠加原理，有,（3）确定集成运放输出与输入的关系
10、式。,根据叠加原理，有,（4）确定电阻,故选,电位器也要选大些，,选,整理得,所以有,选,实现了参考电压从5V5V连续可调。,2滤波器的设计,【解】（1）确定电路的结构。无源低通滤波器可由RC电 路或RL电路组成。,本题选择RC电路结构,如图所示。,（2）计算截止角频率,低通滤波器的传递函数为,幅频特性为,截止角频率为,本例中的,，则,（3）选则R、C参数。实际中可根据手头现有的电阻和 电容进行选择。一般先选电容，,（4）根据,确定电阻的参数。,当,时，则,（5）用仿真软件进行验证。本例的仿真电路和幅频特性曲线如图a、b所示。,【解】（1）确定电路结构。,有源低通滤波器的传递函数为,幅频特性为,（2）计算截止角频率,（3）选则R、C参数。,实际中可根据手头现有的电阻和电容进行选择,一般 先选电容。,选电容,（4）用仿真软件进行验证。本例的仿真电路和幅频特性曲线如图a、b所示。,a)低通滤波器 b)幅频特性曲线,可见，有源滤波器的幅频特性比无源滤波器的幅频特性陡，滤波效果比无源滤波器好。,两种滤波器幅频特性的比较,a)无源滤波器的幅频特性 b) 有源滤波器的幅频特性,第11章 结 束,
