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1、第五章第五章 含有运算放大器的电阻电路含有运算放大器的电阻电路内容提要内容提要运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型理想运放的两条重要规则理想运放的两条重要规则含理想运放电路的分析要点含理想运放电路的分析要点几个典型电路。几个典型电路。7/20/20247/20/20241 15-1 -1 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型一、集成运算放大器简介 是一个包含许多晶体管的集成电路，电压放大倍数(输出电压与输入电压的比值）很高。 最初主要用于模拟计算机，故称集成运算放大器。如今，集成运算放大器的应用早已超出模拟计算的范踌。它象一个性能很高的晶体管，只要外加少数几个元件，就能方便地完成各种各
2、样的功能。7/20/20247/20/20242 2二、集成运放的应用二、集成运放的应用二、集成运放的应用二、集成运放的应用 应用广泛应用广泛应用广泛应用广泛，电路形式，电路形式，电路形式，电路形式千变万化，但从工作状态千变万化，但从工作状态千变万化，但从工作状态千变万化，但从工作状态看看看看，分为分为分为分为线性应用线性应用线性应用线性应用和和和和非线性应用非线性应用非线性应用非线性应用两大类。两大类。两大类。两大类。1 1. .线性应用线性应用 运放工作于线性放大状态运放工作于线性放大状态。 可构成可构成各种电压放大器、有源滤波器各种电压放大器、有源滤波器 和和 比例、加、减、比例、加、减
3、、乘、除、指数、对数、微分、积分等线性运算电路乘、除、指数、对数、微分、积分等线性运算电路； 2.非线性应用 运放工作于开关状态。 构成电压比较器、构成电压比较器、各种非正弦各种非正弦波发生器波发生器( (方波、方波、三角波、锯齿波三角波、锯齿波) )等。等。信号处理模拟运算7/20/20247/20/20243 3国产国产国产国产F007F007内部原理图内部原理图内部原理图内部原理图( (对应国外对应国外对应国外对应国外m m m mA741)A741)同相输入端反相输入端输出端正电源负电源调零端调零端A=105.5u+u- -uo+-+A反相输入同相输入输出端u- -u+uo+15V-
4、-15V7/20/20247/20/20244 4三、三、三、三、集成运放的输入、外特性、电路模型集成运放的输入、外特性、电路模型集成运放的输入、外特性、电路模型集成运放的输入、外特性、电路模型uo=- -Au- -同相输入：uo=Au+u-u+uo+-+Aud1.输入情况(1) 若在两个输入端同时加输入电压 u+ 和u-有：uo= A (u+-u-) = A ud这叫做双端输入。ud = u+-u- 称差动电压。(2) 若只在一个输入端加输入电压，另一端接地，则称为 单端输入。uo+-+Audu-uo+-+Audu+反相输入：因此也称差动输入方式。7/20/20247/20/20245 52
5、. 2. 外特性外特性外特性外特性 ( (电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性) )(1) (1) 当当| | u ud d | | e e 时时(2) (2) 当当| | u ud d | | e e 时时 uo /Vud /mVo-Usat-eUsateud105.513uoA=F007：A 105.5 EC =15V Usat 13VuoUsat，不再随输入ud的变化而改变运放处于饱和状态。 A 很大，传输特性很陡，运放在线性放大状态下工作。uo= A udud的变化范围非常小。7/20/20247/20/20246 63. 3. 运放的电路模型运放的电路模型运放的电路模型运
6、放的电路模型工作在线性放大状态时的模型u-u+uo+-+AudRoA(u+-u-)+-uo+-Ri+u-u+-ud+-Ri 是输入电阻，一般为1031012W。Ro 是输出电阻，一般为十几几百W。用VCVS表示输入电压对uo的控制作用。开环运行：因内有完整的多级放大器，故不需外围元件，接通电源就能工作。闭环运行：实用中，必须通过一个(反馈)网络把输出端与反相端连接起来才行。7/20/20247/20/20247 7+-+A+-ui+-uoR1R2i1i2u-+-0R2RoRi-Au-+-uo+-R1+-ui+-u-5 5- - - -2 2 比例电路分析比例电路分析比例电路分析比例电路分析用结
7、点法分析用结点法分析 u uo o与与u ui i的关系的关系R11+Ri1+R21u-R21uo=R1ui-u-+Ro1+R21=Ro-Au-un1 = u-，un2 = uo，R21uo消去中间变量 u- 并整理7/20/20247/20/20248 8uoui=R1-R211+1+RoR21+R1R2+RiR2A -R2Ro+-+A+-ui+-uoR1R2i1i2u-+-一些高精度的集成运放，A可达107。因A很大，结果足够精确，并说明： uoui=R1-R2uiuo =R1-R2(1) 选不同的R1和R2，可获得不同的比例系数，或放大倍数；(2) 集成运放性能稍有改变，比例系数基本不受
8、影响 。07/20/20247/20/20249 955- - - -3 3 含理想运放的电路分析含理想运放的电路分析含理想运放的电路分析含理想运放的电路分析一、理想运放在一、理想运放在线性应用线性应用时的时的两条规则两条规则=(u+-u-)= uduoAu-u+uo+-+udi+i-理想运放的参数： A，Ri，Ro= 0 Ri(1) i- = i+ = 0输入端相当于开路(“虚断”路)。0(2) u+ = u-反相端与同相端相当于短路(“虚短”路)。7/20/20247/20/20241010由规则由规则由规则由规则2 2 由规则由规则1 1：i i1 1= i= i2 2二、同相比例电路二
9、、同相比例电路+-+-ui+-uoR1R2i1i20虚地uiR1=uoR2-uiR1=uoR2-+-i+i-+-+ui+-uoR1R20uR1由规则1：R1、R2为串联，由分压公式： uR1=R1+R2R1uo由规则2：uR1=ui，uo=R1R1+R2uiuoui=1+R1R27/20/20247/20/20241111则则则则 u uo o= = u ui i ，称，称，称，称电压跟随器电压跟随器电压跟随器电压跟随器。实际运放的实际运放的R Ri i很大很大，起，起“ “隔离隔离” ”作用，作用， 亦称亦称缓冲放大器缓冲放大器。i+i-+-+ui+-uoR1R20+-+ui+-uoiin+
10、-若R2=0R1断开R1R2+-u1RL+-uo+-u2uouin=1+R1R2+-+A当负载发生变化时，输出电压 uo也会跟着发生变化。插入缓冲放大后，RL的变化不会影响 u2 ( = uo )。7/20/20247/20/20241212三、反相加法器三、反相加法器三、反相加法器三、反相加法器 i i - -= = 0 0 i i1 1+ + i i2 2 + + i i3 3 = = i i若若 R R1 1 = = = =R R2 2 = =R R3 3 = =R Rf f则则 u uo o = = = =- -( (u u1 1+ + u u2 2 + + u u3 3) )+-u1
11、+-uoR1Rfi1iu-+-R2i2i3R3+-u2+-u3+-+虚地R1u1+R2u2+R3u3= = -Rfuouo = = -RfR1u1+RfR2u2+RfR3u3若用叠加原理，则可以直接引用反相比例运算的结论。若用结点电压法:自导un1=R1u1+R2u2+R3u3+Rf/uo虚地= 07/20/20247/20/20241313+-+R6R4R1+-+ R2R5R3uouiuo1uiR1+uoR4+uo1R6= 0uiR2+uoR3+uo1R5= 0R5= R6两式相减uiR1-uiR2 +uoR4-uoR3= 0(G1- G2)ui = (G3 - G4)uououi=(G3- G4)(G1- G2)例例例例53537/20/20247/20/20241414题题题题5 5- - - -7 7 求图示电路的求图示电路的求图示电路的求图示电路的u uo o与与与与u us1s1、u us2 s2 之间的关系。之间的关系。之间的关系。之间的关系。uS1uo+-+R3+-+-uS2R2R4R1u-u+解：R1uS1-u-=R2u-uoR3u+uS2=R4uo- u+u + = u-消去u +、 u-并整理得uo= G1 G4 - G2 G3(G3 + G4) G1 uS1+ (G1 + G2) G3 uS27/20/20247/20/20241515
