电路lecture_11_运算放大器电路分析

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1、1.运算放大器的电路模型2.含运放的电路的分析lecture_11运算放大器电路分析重点难点含有理想运算放大器的电路的分析作业5-1,5-5内容提纲Next:cha.6cha.5-1~cha.5-3运算放大器(operationalamplifier)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，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。1运算放大器的电路模型1.简介应用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。在信号处理、测量及波形产生方面也获得广泛应用。电路输入级

2、偏置电路中间级用以电压放大输出级输入端输出端符号7654321+15V－15V8个管脚：2：反相输入端3：同相输入端4、7：电源端6：输出端1、5：外接调零电位器8：空脚单向放大-++__+u+u-+_uoao+_ud_+A+b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在电路符号图中一般不画出直流电源端，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:公共端(接地端)2.运算放大器的特性运放工作在直流和低频信号的条件下，其输出电压

3、与差模输入电压的典型转移特性曲线uo=f(ud)如图示。该曲线有三个明显的特点：图5－21．uo和ud有不同的比例尺度：uo用V;ud用mV。+__+u+u-+_uoao+_ud_+A+b2.在输入信号很小(

4、ud

5、<)的区域内，曲线近似于一条很陡的直线，即uo=f(ud)Aud。该直线的斜率与A=uo/ud成比例，A称为开环电压增益，其量值可高达105～108。工作在线性区的运放是一个高增益的电压放大器。3．在输入信号较大(

6、ud

7、>)的区域，曲线f(ud)饱和于uo=Usat。Usat称为饱和电压，其量值比电源电压低2V左右，例如E+=15V,E-=

8、-15V，则+Usat=13V,-Usat=-13V左右。工作于饱和区的运放，其输出特性与电压源相似。+__+u+u-+_uoao+_ud_+A+b3.运算放大器模型模型有限增益运放模型的符号和转移特性曲线如图5-9所示。图5－3由于实际运放的输入电流非常小，可以认为i-=i+=0，这意味着运放的输入电阻为无限大，相当于开路。图5－9(b)所示转移特性曲线是图5－8实际运放转移特性曲线的分段线性近似。有限增益运放模型可以由以下方程描述：有限增益模型可以工作于三个不同的区域时，其电路模型，分别如图(a)、(b)、(c)所示。1．线性区当

9、ud

10、<时，uo=f(u

11、d)=Aud，运放等效为一个电压控制电压源，如图(a)所示。图5－42．正饱和区当ud>时，uo=+Usat，运放的输出端口等效于一个直流电压源，如图(b)所示。3．负饱和区当ud<-时，uo=-Usat，运放的输出端口等效于一个直流电压源，如图(c)所示。图5－5输入电阻输出电阻当:u+=0,则uo=－Au－当:u－=0,则uo=Au＋+_A(u+-u-)RoRiu+u-＋－uo4.理想运算放大器在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理：①A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)；②Rii+=0,i－=0。即从

12、输入端看进去，元件相当于开路(虚断路)。2含运算放大器的电路的分析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。R1RiRfRoAu1+_+_u1+_uo+_uiRL运放等效电路21+_uo_+A++_uiR1RfRL12用节点法分析：(电阻用电导表示)(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui-Gfun1＋(Gf+Go+GL)un2=GoAu1u1=un1整理，得(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui(-Gf+GoA)un1＋(Gf+Go+GL)un2=0解得uiR1RiRfRoAu1+_+_u1+_u

13、o+_RL运放等效电路21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，而与放大器本身的参数无关。负号表明uo和ui总是符号相反(反相比例器)。根据理想运放的特性分析：(1)根据“虚短”：（2）根据“虚断”：(1)当R1和Rf确定后，为使uo不超过饱和电压(即保证工作在线性区)，对ui有一定限制。(2)运放工作在开环状态极不稳定，振荡在饱和区;工作在闭环状态，输出电压由外电路决定。(Rf接在输出端和反

14、相输入端,称为负反馈)。