电路教案第5章含有运算放大器的电阻电路.pdf

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1、重点（1）理想运算放大器的外部特性；（2）含理想运算放大器的电阻电路分析；（3）一些典型的电路；5.1运算放大器的电路模型1.简介运算放大器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。其应用范围包括：信号的运算电路：比例、加、减、对数、指数、积分、微分等运算。信号的处理电路：有源滤波器、精密整流电路、电压比较器、采样—保持电路。信号的发生电路：产生方波、锯齿波等波形。其电路结构和特点如下：一种基本的运算放大器电路的外形结构如下图：电路符号：在电路符号图

2、中一般不画出直流电源端，而只有a,b,o三端和接地端。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公共端(接地端)A：开环电压放大倍数，可达十几万倍。图中参考方向表示每一点对地的电压，在接地端未画出时尤须注意。2.运算放大器的静特性在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：

3、u

4、<则u=Audod②正向饱和区：u>则u=Udosat③反向饱和区：u<-则u=-Udosat注意：是一个数值很小的电压，例如U=13V,satA=105，则=0.13mV。3.电路模型

5、当:u+=0,则u=-Au-o当:u-=0,则u=Au+o电路模型如右图，其中R为输入电阻，R为io输出电阻。4.理想运算放大器在线性放大区，将运放电路作如下理想化处理：①A，u为有限值，则u=0,即u+=u-，od两个输入端之间相当于短路(虚短路)②Ri，i+=0,i-=0。即从输入端看进去，元件相当于开路(虚断路)。③Ro05.2比例电路的分析1.反向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。上图为反向放大电路及其等效电路。2.电路分析用结点法分析：(电阻用电导表示)（分析过程可简，模电课程会详细介绍）(G1+Gi+Gf

6、)u-Gfu=G1un1n2i(-Gf+GoA)u＋(Gf+Go+GL)u=0n1n2GG(AGG)uu1fofu解得：on2GG(AGG)(GGG)(GGG)iffof1iffoL因A一般很大，上式分母中Gf(AGo-Gf)一项的值比(G1+Gi+Gf)(G1+Gi+Gf)要大得多。所以GRu1ufuoGiRif1特点：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(倒向比例器)。注意：以上近似结果可将运放看作理想情况而得到。由理想运放的特性：根据“虚短”：u+=u-=0，i1=ui/R1

7、，i2=-uo/Rf根据“虚断”：i-=0，i2=i1，RufuoRi1实际应用时，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。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接在输出端和反相输入端,称为负反馈)。5.3含有理想运算放大器的电路分析1.分析方法根据理想运放的性质，抓住以下两条规则：（a）倒向端和非倒向端的输入电流均为零[“虚断（路）”]；（b）对于公共端（地），倒向输入端的电压与非倒向输入端的电压相等[“虚短（路）”]。合理地运用这两条规则，并与结点电压法相结合。2.典

8、型电路1.比例加法器y=a1x1+a2x2+a3x3符号如下图：2.同向比例器uo=[(R1+R2)/R2]ui=(1+R1/R2)ui结论：uo与ui同相当R2=，R1=0时，uo=ui，为电压跟随器。输入、输出关系与运放本身参数无关。3.电压跟随器特点：输入阻抗无穷大(虚断)；输出阻抗为零；uo=ui。应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。4．减法运算uuuuii1oR31，uuuRRi2RR1f23RRR则：uu3(1f)uf0i2RRRi1R2311R当RR,RRu

9、(uu)f12f30i2i1R1例4：设计一个用运放和电阻组成的电路，其输出电压为：2x-y-z，其中x、y、z分别表示三个输入电压的值，设x、y、z不超过10V（均为正电压）,同时要求每一个电阻的功率不超过0.5W，确定各电阻的值。解：电路设计如右图。RRRR2RR令：yzfab，可以满足u0=2x-y-z的设计要求。参数计算：12100P(uu)2RyRy3xR12100P(uu)2RzRz3xRuP(x)2RRaRRaabu400P(x)2RRbRRb9Rabb12141600P(u