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1、本章重點,重點,（1）理想運算放大器的外部特性； （2）含理想運算放大器的電阻電路分析； （3）一些典型的電路；,返 回,運算放大器,是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應用于1940年，1960年后，隨著集成電路技術的發(fā)展，運算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越廣泛的應用。,5.1 運算放大器的電路模型,1. 簡介,下 頁,上 頁,返 回,應用,信號的運算電路,下 頁,上 頁,比例、加、減、對數(shù)、指數(shù)、積分、微分等運算。,產生方波、鋸齒波等波形,,信號的處理電路,信號的發(fā)生電路,,,有源濾波器、精密整流電路、電壓比較器、采樣保持電路。,返 回,電路,下 頁,上 頁,頻帶過窄
2、,線性范圍小,缺點：,擴展頻帶,減小非線性失真,優(yōu)點：,高增益,輸入電阻大，輸出電阻小,返 回,下 頁,上 頁,集成運算放大器,返 回,符號,8個管腳：,2：倒向輸入端 3：非倒向輸入端 4、7：電源端 6：輸出端 1、5：外接調零電位器 8：空腳,單向放大,下 頁,上 頁,返 回,電路符號,a：倒向輸入端，輸入電壓u,b：非倒向輸入端，輸入電壓u+,o：輸出端, 輸出電壓 uo,在電路符號圖中一般不畫出直流電源端，而只有a,b,o三端和接地端。,圖中參考方向表示每一點對地的電壓，在接地端未畫出時尤須注意。,A：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達十幾萬倍。,: 公共端(接地端),下 頁,上 頁,注意,返
3、回,在 a,b 間加一電壓 ud =u+-u-，可得輸出uo和輸入ud之間的轉移特性曲線如下：,2. 運算放大器的靜特性,下 頁,上 頁,返 回,分三個區(qū)域：,線性工作區(qū)：,|ud| < 則 uo=Aud,正向飽和區(qū)：,反向飽和區(qū)：,ud 則 uo= Usat,ud<- 則 uo= -Usat,是一個數(shù)值很小的電壓，例如Usat=13V, A =105，則 = 0.13mV。,下 頁,上 頁,注意,返 回,3. 電路模型,輸入電阻,輸出電阻,當: u+= 0, 則uo=Au,當: u= 0, 則uo=Au,4. 理想運算放大器,下 頁,上 頁,在線性放大區(qū)，將運放電路作如下理想化處理：,
4、 A,,uo為有限值，則ud=0 ,即u+=u-，兩個輸入端之間相當于短路(虛短路), Ri ,,i+=0 , i=0。 即從輸入端看進去，元件相當于開路(虛斷路)。, Ro 0,返 回,5.2 比例電路的分析,,1. 倒向比例器,運放開環(huán)工作極不穩(wěn)定，一般外部接若干元件(R、C等)，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。,下 頁,上 頁,返 回,用結點法分析：(電阻用電導表示),(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui,-Gf un1(Gf+Go+GL)un2 =GoAu1,u1= un1,,整理，得：,(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui,(-Gf +GoA)un1(Gf+Go+GL
5、)un2 =0,,解得：,下 頁,上 頁,2. 電路分析,返 回,因A一般很大，上式分母中Gf(AGo-Gf)一項的值比(G1+ Gi + Gf) (G1+ Gi + Gf)要大得多。所以,uo / ui只取決于反饋電阻Rf與R1比值，而與放大器本身的參數(shù)無關。負號表明uo和ui總是符號相反(倒向比例器)。,,下 頁,上 頁,表明,返 回,根據(jù)“虛短”：,根據(jù)“虛斷”：,u+ = u- =0， i1= ui/R1 i2= -uo /Rf,i-= 0，i2= i1,下 頁,上 頁,以上近似結果可將運放看作理想情況而得到。由理想運放的特性：,注意,返 回,當R1 和Rf 確定后，為使uo不超過
6、飽和電壓(即保證工作在線性區(qū))，對ui有一定限制。,運放工作在開環(huán)狀態(tài)極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū);工作在閉環(huán)狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。 (Rf 接在輸出端和反相輸入端,稱為負反饋)。,下 頁,上 頁,注意,返 回,下 頁,上 頁,5.3 含有理想運算放大器的電路分析,根據(jù)理想運放的性質，抓住以下兩條規(guī)則： （a）倒向端和非倒向端的輸入電流均為零 “虛斷（路）”； （b）對于公共端（地），倒向輸入端的電壓與 非倒向輸入端的電壓相等 “虛短（路）”。,1. 分析方法,合理地運用這兩條規(guī)則，并與結點電壓法相結合。,返 回,加法器,比例加法器：y =a1x1+a2x2+a3x3 ，符號如下圖：,ui
7、1/R1+ ui2 /R2+ ui3 /R3 =-uo /Rf,uo= -(Rf /R1 ui1 +Rf /R2 ui2+Rf /R3 ui3),,下 頁,上 頁,2. 典型電路,返 回,非倒向比例器,uo =(R1 + R2)/R2 ui =(1+ R1/R2) ui,(uo-u-)/R1= u-/R2,根據(jù)“虛短”和“虛斷”,uo與ui同相,當R2=，R1=0時， uo=ui，為電壓跟隨器,輸入、輸出關系與運放本身參數(shù)無關。,下 頁,上 頁,結論,返 回,電壓跟隨器, 輸入阻抗無窮大(虛斷)；, 輸出阻抗為零；,應用：在電路中起隔離前后兩級電路的作用。, uo= ui。,電 路 A,電 路 B,下 頁,上 頁,特點,返 回,例,可見，加入跟隨器后，隔離了前后兩級電路的相互影響。,下 頁,上 頁,返 回,減法運算,i1= if,解得：,下 頁,上 頁,返 回,求輸出電壓uo,解,下 頁,上 頁,例1,倒向比例電路,返 回,求輸出電壓uo,解,下 頁,上 頁,例2,化簡電路,,返 回,例3,求輸出電壓uo,解,下 頁,上 頁,返 回,設計一個用運放和電阻組成的電路，其輸出電壓為：,2xyz,其中x、y、z 分別表示三個輸入電壓的值，設x、y、z不超過10V,同時要求每一個電阻的功率不超過0.5W，確定各電阻的值。,例4,解,下 頁,上 頁,返 回,上 頁,解,,返 回,
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