第五章運(yùn)算放大器電阻電路ppt課件

1、第五章第五章 含運(yùn)算放大器含運(yùn)算放大器 的電阻電路的電阻電路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)越算放大器逐步集成化，大大降

2、低了成本，獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。5.1 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：電源端：電源端6：輸

3、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 電路符號(hào)電路符號(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,oa,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)環(huán)電壓

4、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)之間的轉(zhuǎn)移特性曲線如下：移特性曲線如下：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| 那么那么 uo= Usatud- 那么那么 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,A =105Usat=13V,A =105，那么，那么 =0.13mV=0.13mV。Usat- -UsatUsat - -Uo/VUd/mVO

5、實(shí)際特性實(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： Auo為有限值，則為有限值，則ud=0 ,即即u+=u-，兩，兩個(gè)輸入端之間相當(dāng)于短路個(gè)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+-u-)RoRiu+

6、u-uo Ro Ro 0 05.2 5.2 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(R、C 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+_uiRL運(yùn)放等效電路運(yùn)放等效電路21+_uo_+A+_uiR1RfRL12用結(jié)點(diǎn)法分析：用結(jié)點(diǎn)法分析：(電阻用電導(dǎo)表示電阻用電導(dǎo)表示)(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui-Gf un1-Gf un1(Gf+Go+GL)un2 (Gf+Go+GL)un2 =GoAu1=G

7、oAu1u1=un1整理，得整理，得(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui(-Gf +GoA)un1(-Gf +GoA)un1(Gf+Go+GL)un2 =0(Gf+Go+GL)un2 =0解得解得iLoffi1foffff1n2o)( )()()(uGGGGGGGAGGGAGGGGuuo uiR1RiRfRoAu1+_+_u1+_uo+_RL運(yùn)放等效電路運(yùn)放等效電路21iLoffi1foffoff1n2o)( )()()(uGGGGGGGAGGGAGGGGuu 因因A A一般很大，上式分母中一般很大，上式分母中Gf(AGo-Gf)Gf(AGo-Gf)一項(xiàng)的值比一項(xiàng)的值比(G1+

8、Gi (G1+ Gi + Gf) (G1+ Gi + Gf)+ Gf) (G1+ Gi + Gf)要大得多。所以，后一項(xiàng)可忽略，得要大得多。所以，后一項(xiàng)可忽略，得 i1fif1ouRRuGGu 近似結(jié)果可將運(yùn)放看作理想情況而得到。近似結(jié)果可將運(yùn)放看作理想情況而得到。說(shuō)明說(shuō)明 uo / uiuo / ui只取決于反饋電阻只取決于反饋電阻RfRf與與R1R1比值，而與放大器比值，而與放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān)。負(fù)號(hào)表明本身的參數(shù)無(wú)關(guān)。負(fù)號(hào)表明uouo和和uiui總是符號(hào)相反總是符號(hào)相反( (反相比例器反相比例器) )。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)

9、根據(jù)“虛斷虛斷”：i1fo uRRu (1) (1) 當(dāng)當(dāng) R1 R1 和和 Rf Rf 確定后，為使確定后，為使 uo uo 不超過(guò)飽和電壓不超過(guò)飽和電壓( (即即保證工作在線性區(qū)保證工作在線性區(qū)) )，對(duì)，對(duì)uiui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 ( Rf 接在輸出端和反相接在輸出端和反相輸入端輸入端, ,稱為負(fù)反饋稱為負(fù)反饋) )。 注意注意u+ = u- =0，i1= ui/R1 i2= -uo /Rfi-

10、= 0，i2= i1+_uo_+ +_uiR1RfRLi1i2u+u-2. 加法器加法器比例加法器：比例加法器：y =a1x1+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-R1R3ui1ui2ui3x1a1a2a3-1-1-y-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_+ +Ri

11、uiR1R2u+u-i-+_uo+_i+(uo-u-)/R1= u-/R2根據(jù)根據(jù)“虛短和虛短和“虛斷虛斷”結(jié)論結(jié)論（1uo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)，

12、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-iRtuRCu

13、d1io x-y-yy-1-1 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)成的濾波器稱為有源濾波器。算放大器是有源元件，所構(gòu)成的濾波器稱

14、為有源濾波器。+_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(220CRtuuC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uo