運(yùn)算放大器的電路模型.ppt

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5 2運(yùn)算放大器的電路模型 一 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器簡稱運(yùn)放 是一種多端集成電路 通常由數(shù)十個(gè)晶體管和一些電阻構(gòu)成 現(xiàn)已有上千種不同型號(hào)的集成運(yùn)放 是一種價(jià)格低廉 用途廣泛的電子器件 早期 運(yùn)放用來完成模擬信號(hào)的求和 微分和積分等運(yùn)算 故稱為運(yùn)算放大器 現(xiàn)在 運(yùn)放的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過運(yùn)算的范圍 它在通信 控制和測量等設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用 運(yùn)放器件的電氣圖形符號(hào)如圖 a 所示 運(yùn)放在正常工作時(shí) 需將一個(gè)直流正電源和一個(gè)直流負(fù)電源與運(yùn)放的電源端E 和E 相連 圖 b 兩個(gè)電源的公共端構(gòu)成運(yùn)放的外部接地端 圖5 7 運(yùn)放與外部電路連接的端鈕只有四個(gè) 兩個(gè)輸入端 一個(gè)輸出端和一個(gè)接地端 這樣 運(yùn)放可看為是一個(gè)四端元件 圖中i 和i 分別表示進(jìn)入反相輸入端和同相輸入端的電流 io表示進(jìn)入輸出端的電流 u u 和uo分別表示反相輸入端 同相輸入端和輸出端相對(duì)接地端的電壓 ud u u 稱為差模輸入電壓 運(yùn)放工作在直流和低頻信號(hào)的條件下 其輸出電壓與差模輸入電壓的典型轉(zhuǎn)移特性曲線uo f ud 如圖所示 該曲線有三個(gè)明顯的特點(diǎn) 圖5 8 1 uo和ud有不同的比例尺度 uo用V ud用mV 2 在輸入信號(hào)很小 ud 的區(qū)域 曲線f ud 飽和于uo Usat Usat稱為飽和電壓 其量值比電源電壓低2V左右 例如E 15V E 15V 則 Usat 13V Usat 13V左右 工作于飽和區(qū)的運(yùn)放 其輸出特性與電壓源相似 綜上所述 運(yùn)放在直流和低頻應(yīng)用時(shí) 其端電壓電流方程為 式中IB 和IB 是反相輸入端和同相輸入端的輸入偏置電流 其量值非常小 通常小于10 7A 可以近似認(rèn)為等于零 uo f ud 是輸出電壓uo對(duì)差模輸入電壓ud的轉(zhuǎn)移特性 下面介紹運(yùn)算放大器的兩種電路模型 二 有限增益的運(yùn)算放大器模型 有限增益運(yùn)放模型的符號(hào)和轉(zhuǎn)移特性曲線如圖5 9所示 圖5 9 由于實(shí)際運(yùn)放的輸入電流非常小 可以認(rèn)為i i 0 這意味著運(yùn)放的輸入電阻為無限大 相當(dāng)于開路 圖5 9 b 所示轉(zhuǎn)移特性曲線是圖5 8實(shí)際運(yùn)放轉(zhuǎn)移特性曲線的分段線性近似 有限增益運(yùn)放模型可以由以下方程描述 有限增益模型可以工作于三個(gè)不同的區(qū)域時(shí) 其電路模型 分別如圖 a b c 所示 1 線性區(qū)當(dāng) ud 時(shí) uo f ud Aud 運(yùn)放等效為一個(gè)電壓控制電壓源 如圖 a 所示 圖5 10 a 2 正飽和區(qū)當(dāng)ud 時(shí) uo Usat 運(yùn)放的輸出端口等效于一個(gè)直流電壓源 如圖 b 所示 3 負(fù)飽和區(qū)當(dāng)ud 時(shí) uo Usat 運(yùn)放的輸出端口等效于一個(gè)直流電壓源 如圖 c 所示 圖5 10 三 理想運(yùn)算放大器模型實(shí)際運(yùn)放的開環(huán)電壓增益非常大 A 105 108 可以近似認(rèn)為A 和 0 此時(shí) 有限增益運(yùn)放模型可以進(jìn)一步簡化為理想運(yùn)放模型 理想運(yùn)放模型的符號(hào)如圖 a 所示 其轉(zhuǎn)移特性曲線如圖 b 所示 圖5 11 理想運(yùn)放模型可由以下方程描述 理想運(yùn)放模型工作于線性區(qū) 正飽和區(qū)和負(fù)飽和區(qū)相應(yīng)的電路模型 分別如圖 a b c 所示 圖5 12 上式表明該理想運(yùn)放的輸入端口既像一個(gè)開路 i i 0 又像一個(gè)短路 ud 0 這可等效為一個(gè)電流為零的特殊短路 因此 該模型又稱為虛短路模型 當(dāng)輸入電壓ud 0時(shí) 輸出電壓uo可以為 Usat到 Usat間的任何量值 此時(shí) 理想運(yùn)放的模型為一個(gè)增益為無限大的電壓控制電壓源 VCVS 工作于線性區(qū)的理想運(yùn)放模型可以由以下方程描述 根據(jù)教學(xué)需要 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊名稱的方法放映相關(guān)錄像 郁金香