文档介绍：第五章含有运算放大器的电阻电路
重点:
掌握含运算放大器的电路的分析方法。
内容:
电路模型、理想化的外部特性、电阻电路分析
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运算放大器的电路模型
运算放大器(operational amplifier):
是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应用于1940年,主要用于模拟计算机,可模拟加、减、积分等运算,对电路进行模拟分析。1960年后,随着集成电路技术的发展,运算放大器逐步集成化,大大降低了成本,获得了越来越广泛的应用。
概念:
运算放大器是一种增益很高的放大器,它能同时放大直流和一定频率的交流电压,能完成加减、积分、微分等数学运算。
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2. 电路符号
a: 反向输入端,输入电压 u-
b:同向输入端,输入电压 u+
o: 输出端, 输出电压 uo
实际运放均有直流电源端,在电路符号图中一般不画出,而只有a,b,o三端和接地端。
(其中参考方向如图所示,每一点均为对地的电压,在接地端未画出时尤须注意。)
A:开环电压放大倍数,可达十几万倍。
º
+
_
+
u-
º
a
_
ud
+
_
u+
+
_
uo
o
+
ud
_
A
+
b
: 公共端(接地端)
+
_
ud
ud
u+
u-
uo
_
+
A
+
a
b
o
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3. 关系
uo=A(u+- u-)=Aud
uo=-Au-(反相)
uo=Au+(同相)
运放具有“单方向”性质的器件。
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-ε
设在 a,b 间加一电压 ud =u+-u-,则可得输出uo和输入ud之间的转移特性曲线如下:
Usat
-Usat
ε
uo
ud
O
分三个区域:
①线性工作区:
-ε< |ud| < ε, 则 uo=Aud
②正向饱和区:
③反向饱和区:
ud > ε, 则 uo= Usat
ud<- ε, 则 uo= -Usat
+
_
ud
ud
u+
u-
uo
_
+
A
+
a
b
4. 运算放大器的特性
实际特性
近似特性
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5. 电路模型
Rin :运算放大器两输入端间的输入电阻。
Ro:运算放大器的输出电阻。
+
_
A(u+-u-)
Ro
Rin
u+
u-
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在线性放大区,将运放电路作如下的理想化处理:
① A
∵ uo为有限值,则ud=0 ,即u+=u-,两个输入端之间
相当于短路(虚短路);
② Ri , i+=0 , i-=0。即从输入端看进去,
元件相当于开路(虚开路)。
理想运放的电路符号
uo
ud
0
Usat
-Usat
电压转移特性(外特性)
6. 理想运算放大器
+
_
ud
ud
u+
u-
uo
_
+
+
i+
i-
正向饱和区
ud>0
反向饱和区
ud<0
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比例电路的分析
1. 反相比例器
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。
+
_
uo
_
+
A
+
+
_
ui
R1
Rf
RL
1
2
R1
Ri
Rf
Ro
Au1
+
_
+
_
u1
+
_
uo
+
_
ui
RL
运放等效电路
2
1
8
R1
Ri
Rf
Ro
Au1
+
_
+
_
u1
+
_
uo
+
_
ui
RL
运放等效电路
2
1
用节点电压法分析:(电阻用电导表示)
(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)un2 =0
解得
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因A一般很大,上式中分母中Gf(AGo-Gf)一项的值比(G1+ Gi + Gf) (G1+ Gi + Gf)要大得多。所以,后一项可忽略,得
此近似结果可将运放看作理想情况而得到。
表明 uo / ui只取决于反馈电阻Rf与R1比值,负号表明uo和ui总是符号相反(反相比例器)。
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