【电路基础课件】含有运算放大器的电阻电路.pptVIP

第五章含有运算放大器的电阻电路 内容提要 本章介绍运算放大器的电路模型,它在理想条件下的外部特征,以及含有运算放大器的电阻电路的分析.另外介绍一些典型电路. 运算放大器的电路模型 比例电路的分析 含有理想运算放大器的电路的分析 运算放大器的电路模型 (b)图不考滤偏置电压.a端为到向输入端(也称反向输入端).当输入电压u-加在a端与公共端之间,且实际方向从a端指向公共端时,输出电压uo实际方向则自公共端指向o端,即两者的方向正好相反.b端称为非到向输入端(也称同向输入端).当输入电压u+加在b端与公共端之间,uo与 u+的实际方向相对公共端恰好相同. 有时为了简化起见,可将(b)中的接地线省略掉用图(c)表示. 如果在a端和b端同时加输入电压u+和u-,则有uo=A( u+－u-)=A ud 其中ud= u+－u-,A为运放的电压放大倍数(或电压增益的绝对值).运放的这种输入情况为差动输入,ud称为差动输入电压. 非到向端接地,只在到向端加入输入电压,则有uo=-Au-,反之,只在非到向端加入输入电压u+,这时有uo=A u+. 在-ε≤ud≥ε范围内,uo与ud的关系用通过原点的一段直线描述,其斜率等于A.由于放大倍数A值很大,所以这段直线很陡.当∣ud∣＞ ε时,输出电压uo趋于饱和,图中用±Usat表示,此饱和电压值略低于直流偏置电压值.这个关系曲线称为运放的外特性. 本章中把运放的工作范围限制在线性段,即设-Usat＜uo＞Usat由于放大倍数A很大,而Usat一般为正负十几伏或几伏,这样输入电压就必须很小.运放的这种工作状态称为开环运行,A称为开环放大倍数.在运放的实际应用中,通常为闭环运行. 比例电路的分析 图5-4为倒向比例器,将运放当作理想运放,由于Rin=∞,Ro=0及A=∞ ,则i1=i2,得:(uin-u-) ／ R1=(u-_ u o) ／ R2,又由于uo／u-=-A,故u-=0,所以 uin／R1=_uo ／R2 将图(a)用(b)表示.由结点电压法解得: uo／uin≈- R2／R1 显然选择不同的R1 R2 值,就可获得不同的 uo／uin值,所以有比例器的作用. 含有理想运算放大器的电路分析 理想运放的两条规则: ⑴倒向端和非倒向端的输入电流均为零〔可称之为“虚断”(路)〕. ⑵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. 〔可称之为“虚短”(路) 〕. 下面举一些实例 例5-1 图5-5所示电路为比例器.试求输 出电压uo与uin输入电压之间的关系. 按规则1,有 i1=i2=0故:u2=uoR1/(R1+R2) 按规则2,有 uin=u+=u-=u2 uin= uoR1/(R1+R2) ∴ uo/uin=1+ R2/ R1 例5-2 图5-8所示为加法器，试说明其工作原理。 用规则1，i- =0,得i=i1+i2+i3，故 －(uo-u-)/Rf=(u1-u-)/R1 + (u2-u-)/R2 + (u3-u-)/R3 用规则2,得u-=0，所以: -uo/Rf = u1/R1 + u2/R2 + u3/R3 uo=-Rf (u1/R1 + u2/R2 + u3/R3) 如令R1= R2= R3 =Rf ，则 uo=-(u1+ u2 +u3 ) * 图5-1运放的电路图形符号 - + + E+ E- o (a) 三角形表示放大器,输入端a,b 输出端o.电源端子E+和E-连 接直流偏置电压,以维持运放 内部晶体管正常工作. a b 地 - + + + + + u0 o u- u+ 图5-1运放的电路图形符号 (b) - + + + + + u+ - _ u0 o u- (c) 图5-1运放的电路图形符号 Uo/V Ud/mV Usat -Usat ε -ε 图5-2运放的ud-u0特性 u- u+ a b + _ Rin + _ A(u+-u-) u0 + _ R0 图5-3 运放的电路模型 + u0 - + + + A ① ② _ u- + _ uin i1 i2 R1 R2 图5-4 倒向比例器 (a) + _ uin + _ u- + _ -Au- + _ uo R1 R2 Rin Ro ① ② (b) - + + ∞ + _ + _ + _ ② u2 R1 R2 i1 i2 uin uo i3 R3 uo _ u- + - + + + ∞ ① i Rf + + + _ u3 u2 u1 _ _ i2 i1 R2 R1 i- _ 图5-8 加法器 *