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总体要求与重点
。
。
。
第一页,共十四页。
§-
主要内容:
1、运算放大器的电路模型及其特性(§)
2、比例电路的分析(§)
第二页,共十四页。
运算放大器(OperationalAmplifier)
运算放大器(简称运放)是一种包含许多“晶体管”的电子器件,主要用于模拟加、减、积分等运算,对电路进行模拟分析。运算放大器是高放大倍数的直接耦合的放大器,可用来放大直流和频率不太高的交流信号。
最早开始应用于1940年,1960年后,随着集成电路技术的发展,运算放大器逐步集成化,在信号处理、测量及波形产生方面也获得广泛应用。
一、运算放大器的电路模型(§)
1、运算放大器简介
第三页,共十四页。
a:反相(倒相)输入端,输入电压u-
b:同相(非倒相)输入端,输入电压u+
o:输出端,输出电压uo
A:开环电压放大倍数
u+
u-
uo
ud
a
o
_
+
A
+
b
:公共端(接地端)
E+、E-:直流偏置电压
:表示运放具有“单方向”性质
ud=u+-u-:差动输入电压
_
+
+
_
+
_
+
_
注意:图中电压的参考方向均为对“地”的电压,在接地端未画出时尤须注意
u0=A(u+-u-)=Aud
第四页,共十四页。
在a,b间加一电压ud=u+-u-,可得输出uo和输入ud之间的转移特性曲线如下:
分三个区域:
①线性工作区:
|ud|<=Usat/A,则uo=Aud
②正向饱和区:
③反向饱和区:
ud>则uo=Usat
ud<-则uo=-Usat
是一个数值很小的电压,例如Usat=13V,A=105,则=。
Usat
-Usat
-
Uo/V
Ud/mV
O
实际特性
近似特性
a
u+
u-
uo
o
+
_
ud
_
+
A
+
b
第五页,共十四页。
输入电阻
输出电阻
+
_
A(u+-u-)
Ro
Ri
u+
u-
+
-
uo
u+
u-
uo
ud
a
o
_
+
A
+
b
_
+
+
_
+
_
+
_
u0=A(u+-u-)=Aud
当:u+=0,则uo=-Au-
当:u-=0,则uo=Au+
对于放大器的输入、输出电阻的要求:?
输入电阻Rin越大越好,因为越大,放大器从信号源吸收的功率越小,这样信号源可以带较多的放大器(兆Ω)
输出电阻Ro越小越好,这样对相同容量的放大器可以带较多的负载(100Ω)
第六页,共十四页。
在线性放大区,将运放电路作如下的理想化处理:
①A
又∵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);
②Rin、RO0
则:i+=0,i-=0。即从输入端看进去,元件相当于开路(虚断路)。
∵u0=A(u+-u-)=Aud
+
_
A(u+-u-)
Ro
Ri
u+
u-
+
-
uo
第七页,共十四页。
理想运放的电路符号
实际运放的电路符号
注意:
运放开环工作极不稳定,且由于开环放大倍数A很大,而Usat一般为正负十几伏或几伏,这样要求输入电压就必须很小。一般运放外部应接某些元件(R、C等),使其工作在闭环状态。
第八页,共十四页。
(倒相)比例器(由实际运放构成)
由于运放开环工作极不稳定,一般外部接某些元件(R、C等),使其工作在闭环状态。
二、比例电路的分析(§)
+
_
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
反馈电阻
第九页,共十四页。
用结点法分析:(电阻用电导表示)
(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui
-Gfun1+(Gf+Go+GL)un2=Au1Go
u1=un1,uo=un2
整理,得
(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui
(-Gf+GoA)un1+(Gf+Go+GL)un2=0
解得
ui
R1
Ri
Rf
Ro
Au1
+
_
+
_
u1
+
_
uo
+
_
RL
运放等效电路
2
1
第十页,共十四页。