含运放的电阻电路分析.pptVIP

§5－3 含运放的电阻电路分析 * 一、电压跟随器 图5－13(a)所示电压跟随器是一种最简单的运放电路。 下面采用理想运放线性模型分析几种常用的运放电路。 图5－13 工作于线性区的理想运放，其差模输入电压ud=0，根据KVL可求得输出电压uo与输入电压源电压uin的关系 它等效于增益为 l的VCVS[图(b)]。该电路的输出电压uo将跟随输入电压uin的变化，故称为电压跟随器。 图5－13 由于该电路的输入电阻Ri为无限大(uin=0)和输出电阻Ro为零，将它插入两个双口网络之间(图5－14)时，既不会影响网络的转移特性，又能对网络起隔离作用，故又称为缓冲器。 图5－14 解：网络 N1和N2的转移电压比为 例5-5 电路如图5－15所示，试计算开关接在a和a? 位置， 及接在b和b? 位置时的转移电压比uo/uin。 图5－15 开关S1、S2接在a、a? 时，在 N1和 N2间插入电压跟随器，不会影响u1和K1的值，又由于跟随器的输出电阻为零，N2的接入不会影响u2的值，即u1= u2。该电路总的转移电压比为 图5－15 图5－15 开关 S1、S2接在b、b? 时， N1和 N2直接相连，由于N2输入电阻对N1的影响，K1将会变化，总转移电压比为 由此例可见，使用缓冲器可以隔离两个电路的相互影响，从而简化了电路的分析与设计。 二、反相放大器 利用理想运放输入端口的虚短路特性(i-=i+=0)，写出电路中结点①的KCL方程 解得 图5－16 当RfR1时，输出电压的幅度比输入电压幅度大，该电路是一个电压放大器。式（5－12）中的负号表示输出电压与输入电压极性相反，故称为反相放大器。 例如, R1=1k?,Rf=10k?, uin(t)=8cos?t mV时，输出电压为 三、同相放大器 利用理想运放的虚短路特性，写出图示电路中结点①的KCL方程 解得 图5－16 由于输出电压的幅度比输入电压的幅度大，而且极性相同，故称为同相放大器。 例如R1=1k?,Rf=10k?, uin(t)=8cos?t mV时，输出电压为 四、加法运算电路? 利用理想运放的虚短路特性，写出图示电路中结点①的KCL方程 图5－18 当R1=R2=R时，上式变为 该电路输出电压幅度正比于两个输入电压之和，实现了加法运算。当R3 R1=R2时，还能起反相放大作用，是一种加法放大电路。 解得 五、负阻变换器 用外加电源法求出 a、b两端的VCR关系, 从而求得输入电阻Rab。利用理想运放的虚短路特性，再用观察法列出 图5－19 得到 代入KVL方程 解得 当R1=R2时 例如R1=R2=1k?, Rf=10k?, Usat=10V，且运放输入端ab两点间电压u0.5V时，Rab=-10k?。 上式表明该电路可将正电阻Rf变换为一个负电阻。为了实现负电阻，要求运放必须工作于线性区，即 ， 由式(5－15)可求得负电阻上的电压应满足 例5-6 试用运放(例如LM741)、电阻器和电位器构成一 个线性电阻器，其阻值从-10k?到+10k?连续可调。 图5－20 解：由图5－19所示电路模型，画出图5-20所示电原理图。 在实验室按图接线，并接通电源，则在ad两点间形成 一个Rad=-Rf=-10k?的线性电阻器。 为得到一个从-10k?到+10k?可连续变化的电阻，将一个20k?电位器用作可变电阻器与上述负电阻串联，其总电阻为 当电位器滑动端从b点向c点移动时， Rbd则从-10k?到+10k?连续变化。 例5－7 图5－21(a)电路中的运放工作于线性区，试用叠加定 理计算输出电压uo。 解：工作于线性区的运放模型是线性电阻元件，可以应用叠加定理。 图(b)是一个反相放大器，求得 图(c)是一个同相放大器电路，求得 该电路的输出正比于两个电压之差，是一个减法放大电路。 图5－21