《電路》第五版 邱關(guān)源羅先覺第五章含有運(yùn)算放大器的電阻電路

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。最早開始應(yīng)是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應(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，獲得了越來越算放大器逐步集

2、成化，大大降低了成本，獲得了越來越廣泛的應(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. 簡介簡介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、測運(yùn)算，對(duì)電路進(jìn)行模擬分析。在信號(hào)處理、測量及波形產(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。+_+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：同向同向輸入端，輸入電壓輸入端，輸入電壓 u+o： 輸出端輸出端, , 輸出電壓輸出電壓 uo其中參考方向如圖所示，每一

3、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，在接地端未畫出時(shí)尤須注意。地端未畫出時(shí)尤須注意。A：電壓放大倍數(shù)，可達(dá)十幾電壓放大倍數(shù)，可達(dá)十幾萬倍萬倍: : 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=1

4、3V,=13V,A =10=105 5，則，則 =0.13mV=0.13mV。Usat- -Usat - - Uo/VUd/mVO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 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

5、相當(dāng)于開路元件相當(dāng)于開路( (虛斷路虛斷路) )。+_A(u+- -u- -)RoRiu+u- -uo Ro 05.2 5.2 含有理想運(yùn)算放大器的電路分析含有理想運(yùn)算放大器的電路分析1. 1. 反相比例器反相比例器+_uo_+A+_uiR1RfRL12遵循兩條規(guī)則：遵循兩條規(guī)則：1. 1. 同向輸入端和反向輸入端電位相同。同向輸入端和反向輸入端電位相同。2. 2. 同向輸入端和反向輸入端的輸入電流同向輸入端和反向輸入端的輸入電流均為零均為零根據(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 當(dāng)當(dāng) R1 和和 Rf 確

6、定后，為使確定后，為使 uo 不超過飽和電壓不超過飽和電壓( (即保證工作即保證工作在線性區(qū)在線性區(qū)) )，對(duì)，對(duì)u ui i有一定限制有一定限制。注意注意u+ = u- - =0，i1= ui/R1 i2= - -uo /Rfi- -= 0，i2= i1+_uo_+ +_uiR1RfRLi1i2u+u- -2. 加法器加法器如令如令R1 R2 R3 Rf ，則則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- -R1

7、R3ui1ui2ui3uo= - -(ui1 +ui2+ui3)3. 3. 正相比例器正相比例器u+= u- -= uii+= i- -= 0uo =(R1 + R2)/R2 ui =(1+ R1/R2) ui(uo- -u- -)/R1= u- -/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_+ +RiuiR1R2u+u- -i- -+_uo+_i+ +4. 4. 電壓跟隨器電壓跟隨器特點(diǎn)：特點(diǎn)： 輸入阻抗無窮大輸入阻抗無窮大( (虛斷虛斷) )； 輸出阻抗為零；輸出阻抗為零；應(yīng)用：在電

8、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，加入跟隨器后，隔離了前后兩級(jí)電路的相互影響。可見，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= iCtuRCud1io tuCRuddoi C+_uo_+ +_uiRiCi- -u- -iR7. 7. 微分運(yùn)算微分運(yùn)算u- -=0i- -=0iR= iCtuRCuiddo tuCRuddio C+_uo_+ +_uiRiCi- -u- -iR例例+_uo_+ +_4V4R2Ri1i2u+u- -求求uo解解VuRuR22440 o