續(xù)dl-3運(yùn)算放大器.

1、2-4 2-4 含運(yùn)算放大器的電含運(yùn)算放大器的電阻電路阻電路l重點(diǎn)重點(diǎn) （1 1）理想運(yùn)算放大器的外部特性；）理想運(yùn)算放大器的外部特性； （2 2）含理想運(yùn)算放大器的電阻電路分析；）含理想運(yùn)算放大器的電阻電路分析； （3 3）熟悉一些典型的電路；）熟悉一些典型的電路；l 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器(operational amplifier)是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開(kāi)始應(yīng)是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開(kāi)始應(yīng)用于用于19401940年，年，19601960年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來(lái)越算放大器逐步集

2、成化，大大降低了成本，獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。2.4.1 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型1. 1. 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介l 應(yīng)用應(yīng)用主要用于模擬計(jì)算機(jī)，可模擬加、減、積分等主要用于模擬計(jì)算機(jī)，可模擬加、減、積分等運(yùn)算，對(duì)電路進(jìn)行模擬分析。在信號(hào)處理、測(cè)運(yùn)算，對(duì)電路進(jìn)行模擬分析。在信號(hào)處理、測(cè)量及波形產(chǎn)生方面也獲得廣泛應(yīng)用。量及波形產(chǎn)生方面也獲得廣泛應(yīng)用。l 電路電路輸輸入入級(jí)級(jí)偏置偏置電路電路中間級(jí)中間級(jí)用以電用以電壓放大壓放大輸輸出出級(jí)級(jí)輸入端輸入端輸出端輸出端l 符號(hào)符號(hào)7654321+15V15V8個(gè)管腳：個(gè)管腳：2：反相輸入端：反相輸入端3：同相輸入端：同相輸入端4、7：電源

3、端：電源端6：輸出端：輸出端1、5：外接調(diào)零電位器：外接調(diào)零電位器8：空腳：空腳單單向向放放大大+_+u+u-+_uoao+_ud_+A+bl 電路電路符號(hào)符號(hào)a： 反向輸入端，輸入電壓反向輸入端，輸入電壓 ub：同向輸入端，輸入電壓同向輸入端，輸入電壓 u+o： 輸出端輸出端, , 輸出電壓輸出電壓 uo在電路符號(hào)圖中一般不畫(huà)出直流電在電路符號(hào)圖中一般不畫(huà)出直流電源端，而只有源端，而只有a,b,o三端和接地端。三端和接地端。其中參考方向如圖所示，每一點(diǎn)均為對(duì)地的電壓其中參考方向如圖所示，每一點(diǎn)均為對(duì)地的電壓 ，在接，在接地端未畫(huà)出時(shí)尤須注意。地端未畫(huà)出時(shí)尤須注意。A：開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達(dá)開(kāi)

4、環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達(dá)十幾萬(wàn)倍十幾萬(wàn)倍: : 公共端公共端( (接地端接地端) )在在 a,b 間加一電壓間加一電壓 ud =u+- -u- -，可得輸出可得輸出uo和輸入和輸入ud之間的轉(zhuǎn)移之間的轉(zhuǎn)移特性曲線如下：特性曲線如下：分三個(gè)區(qū)域：分三個(gè)區(qū)域： 線性工作區(qū)：線性工作區(qū)：|ud| 則則 uo= Usatud- - 則則 uo= - -Usat2. 2. 運(yùn)算放大器的靜特性運(yùn)算放大器的靜特性 是一個(gè)數(shù)值很小的電壓，例如是一個(gè)數(shù)值很小的電壓，例如Usat=13V,=13V,A =10=105 5，則，則 =0.13mV=0.13mV。Usat- -Usat - - Uo/VUd/mVO實(shí)際特

5、性實(shí)際特性近似特性近似特性au+u-uoo+_ud_+A+b3. 3. 電路模型電路模型輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻當(dāng)當(dāng): u+= 0, 則則uo=Au當(dāng)當(dāng): u= 0, 則則uo=Au 在線性放大區(qū)，將運(yùn)放電路在線性放大區(qū)，將運(yùn)放電路作如下的理想化處理：作如下的理想化處理： A uo為有限值，則為有限值，則ud=0 , ,即即u+=u-，兩個(gè)，兩個(gè)輸入端之間相當(dāng)于短路輸入端之間相當(dāng)于短路( (虛短路虛短路) )； Ri 4. 4. 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器i+=0 , i=0。 即從輸入端看進(jìn)去，即從輸入端看進(jìn)去，元件相當(dāng)于開(kāi)路元件相當(dāng)于開(kāi)路( (虛斷路虛斷路) )。+_A(u+-

6、-u- -)RoRiu+u- -uo Ro 02.2 2.2 含運(yùn)算放大器的電路分析含運(yùn)算放大器的電路分析1. 1. 反相比例器反相比例器運(yùn)放開(kāi)環(huán)工作極不穩(wěn)定，一般外部接若干元件運(yùn)放開(kāi)環(huán)工作極不穩(wěn)定，一般外部接若干元件( (R、C等等) )，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。R1RiRfRoAu1+_+_u1+_uo+_usRL運(yùn)放等效電路運(yùn)放等效電路21+_uo_+A+_usR1RfRL12根據(jù)理想運(yùn)放的特性分析：根據(jù)理想運(yùn)放的特性分析：(1) 根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”：（2）根據(jù)）根據(jù)“虛斷虛斷”：i1fo uRRu (1) (1) 當(dāng)當(dāng) R1 和和 Rf 確定后，為使確定后，為使 u

7、o 不超過(guò)飽和電壓不超過(guò)飽和電壓( (即保證即保證工作在線性區(qū)工作在線性區(qū)) )，對(duì)，對(duì)u ui i有一定限制。有一定限制。(2) (2) 運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū)運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū); ;工作在閉環(huán)工作在閉環(huán)狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。 ( Rf 接在輸出端和反相輸接在輸出端和反相輸入端入端,稱(chēng)為負(fù)反饋稱(chēng)為負(fù)反饋)。 注意注意u+ = u- - =0，i1= ui/R1 i2= - -uo /Rfi- -= 0，i2= i1+_uo_+ +_usR1RfRLi1i2u+u- -2. 加法器加法器比例加法器比例加法器：y =a1x

8、1+a2x2+a3x3 ，符號(hào)如下圖：符號(hào)如下圖：ui1/R1+ ui2 /R2+ ui3 /R3 =- -uo /Rfuo= - -(Rf /R1 ui1 +Rf /R2 ui2+Rf /R3 ui3)u- -= u+=0i- -=0+_uo_+ +R2Rfi- -u+u- -R1R3ui1ui2ui3x1a1a2a3- -1- -yyx2x33. 3. 正相比例器正相比例器u+= u- -= uii+= i- -= 0uo =(R1 + R2)/R2 ui =(1+ R1/R2) ui_+ +RiuiR1R2u+u- -i- -+_uo+_i+ +(uo- -u- -)/R1= u- -/

9、R2根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”結(jié)論結(jié)論（1）uo與與ui同相同相（2）當(dāng)）當(dāng)R2= ，R1=0時(shí)時(shí),uo=ui， 為電壓跟隨器為電壓跟隨器（3）輸入、輸出關(guān)系與運(yùn)放）輸入、輸出關(guān)系與運(yùn)放 本身參數(shù)無(wú)關(guān)。本身參數(shù)無(wú)關(guān)。4. 4. 電壓跟隨器電壓跟隨器特點(diǎn)：特點(diǎn)： 輸入阻抗無(wú)窮大輸入阻抗無(wú)窮大( (虛斷虛斷) )； 輸出阻抗為零；輸出阻抗為零；應(yīng)用：在電路中起隔離前后兩級(jí)電路的作用。應(yīng)用：在電路中起隔離前后兩級(jí)電路的作用。 uo= ui。電電路路A電電路路B_+ +_+_uiuo例例12122uRRRu 12122uRRRu 可見(jiàn)，加入跟隨器后，隔離了前后兩級(jí)電路的相互影響?？梢?jiàn)，加入跟

10、隨器后，隔離了前后兩級(jí)電路的相互影響。R2RLR1+_u2+_u1_+ +_u1R1R2RL+_u2A電電路路5. 5. 減法運(yùn)算減法運(yùn)算+_uo_+ +R2Rfi- -u+u- -R1R3ui1ui2i1ifu- -=u+i- -=i+=0i1= if323RRRuuu i2fRuuRuuio1i11 解得：解得：11132301RRuRRRRRuuffii2)( 110321RRuuuRRRRf)( ,ii2f 當(dāng)當(dāng)6. 6. 積分運(yùn)算積分運(yùn)算u- -=0i- -=0iR= iC積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié) dtxy C+_uo_+ +_uiRiCi- -u- -iRtuRCud1io x- -yy-

11、 -1 tuCRuddoi 7. 7. 微分運(yùn)算微分運(yùn)算C+_uo_+ +_uiRiCi- -u- -iRu- -=0i- -=0iR= iCtuRCuiddo tuCRuddio 8. 8. 有源濾波器有源濾波器濾波器是一種選頻電路，選出有用的信號(hào)，抑止無(wú)用濾波器是一種選頻電路，選出有用的信號(hào)，抑止無(wú)用信號(hào)，使一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)能順利通過(guò)，衰減很小，信號(hào)，使一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)能順利通過(guò)，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號(hào)不易通過(guò)，衰減很大，因?yàn)檫\(yùn)而在此頻率范圍以外的信號(hào)不易通過(guò)，衰減很大，因?yàn)檫\(yùn)算放大器是有源元件，所構(gòu)成的濾波器稱(chēng)為有源濾波器。算放大器是有源元件，所構(gòu)成的濾波器稱(chēng)為有源濾

12、波器。+_uo_+ +R2Rfi- -u+u- -R1Cuii1if有源低通濾有源低通濾波器電路波器電路u= u uCi- -=i+=0i1= ifi2uudtduCRCC dtduCRuuiCC2i2 解得：解得： 1)90cos(20 RCtuuC設(shè)：設(shè)：tu cosi foRuuRu 1 uRRufo)1(1+_uo_+ +R2Rfi- -u+u- -R1Cuii1ifi20 當(dāng)當(dāng) 1)90cos()1(201 RCtRRufo021 CR當(dāng)當(dāng))1(1RRufom 2)1(2110omfomuRRu omu o 2omu幅頻特性幅頻特性截至頻率截至頻率例例+_uo_+ +_4V4R2Ri1i2u+u- -求求uo解解VuRuR22440 o例例+_uo_+ +_6VRRiu+u- -RR+_uo_+ +_3V3/2RRVu20 +uo_+ +6VR_+ +_+ +3V+RRRu4u3u2u1例例求求uoVuVu3621 解解Vuuu512243./ RuuRu