第五章含运η放大器 的电阻电路 ●重点 (1)理想运算放大器的外部特性; (2)含理想运算放大器的电阻电路分析; (3)熟悉一些典型的电路;
第五章 含运算放大器 的电阻电路 ⚫重点 （1）理想运算放大器的外部特性； （2）含理想运算放大器的电阻电路分析； （3）熟悉一些典型的电路；
5.1运算放大器的电路模型 1.简介 运算放大器( operational amplifier 是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应 用于1940年,1960年后,随着集成电路技术的发展, 运算放大器逐步集成化,大大降低了成本,获得了越来 越广泛的应用。 应用主要用于模拟计算机,可模拟加、减、积分等 运算,对电路进行模拟分析。在信号处理、测 量及波形产生方面也获得广泛应用
⚫ 运算放大器(operational amplifier) 是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应 用于1940年，1960年后，随着集成电路技术的发展， 运算放大器逐步集成化，大大降低了成本，获得了越来 越广泛的应用。 5.1 运算放大器的电路模型 1. 简介 ⚫ 应用 主要用于模拟计算机，可模拟加、减、积分等 运算，对电路进行模拟分析。在信号处理、测 量及波形产生方面也获得广泛应用
电路 中间级 输 输入端 输入级 用以电 压放大 出输出端 级 偏置 电路 +15V [符号 单向放大 8个管脚:2:反相输入端 3:同相输入端 6 4、7:电源端 6:输出端 1、5:外接调零电位器415 8:空脚 15V
⚫ 电路 输 入 级 偏置 电路 中间级 用以电 压放大 输 出 级 输入端 输出端 ⚫ 符号 7 6 4 5 3 2 1 +15V －15V 8个管脚： 2：反相输入端 3：同相输入端 4、7：电源端 6：输出端 1、5：外接调零电位器 8：空脚 单 向 放 大
电路符号 在电路符号图中一般不画出直流电 源端,而只有a,b,0三端和接地端。 4 oa:反向输入端,输入电压u b d b:同向输入端,输入电压u uoo:输出端,输出电压uo 士:公共端(接地端) A:开环电压放大倍数,可达 十几万倍 其中参考方向如图所示,每一点均为对地的电压,在接 地端未画出时尤须注意
+ _ _ + u + u - + _ uo a o + _ ud _ + A + b ⚫ 电路符号 a： 反向输入端，输入电压 u－ b：同向输入端，输入电压 u + o： 输出端, 输出电压 uo 在电路符号图中一般不画出直流电 源端，而只有a,b,o三端和接地端。 其中参考方向如图所示，每一点均为对地的电压 ，在接 地端未画出时尤须注意。 A：开环电压放大倍数，可达 十几万倍 : 公共端(接地端)
2.运算放大器的静特性在a,b间加一电压u=n+-u, 可得输出u和输入u之间的转移 L 特性曲线如下: 0 分三个区域: u b ①线性工作区: U/V udE则 sat 实际特性 ③反向饱和区 UamⅤ E则 sat E是一个数值很小的电压,例如 5a=13VA=105,则e=013mV
在 a,b 间加一电压 ud =u +-u -， 可得输出uo和输入ud之间的转移 特性曲线如下： 分三个区域： ① 线性工作区： |ud | 则 uo= Usat ud<- 则 uo= -Usat 2. 运算放大器的静特性 是一个数值很小的电压，例如 Usat=13V,A =105 ，则=0.13mV。 Usat -Usat - Uo /V O Ud/mV 实际特性 近似特性 a u + u- uo o + _ ud _ + A + b
3.电路模型输出电阻 当:u+=0,则n=-An R 当:u-=0,则un=4+ R A-n)4.理想运算放大器 L 在线性放大区,将运放电路 作如下的理想化处理: 输入电阻 为有限值,则=0,即ut+=u,两个输 ①A 入端之间相当于短路(虛短路); ②R1->0 i=0,i=0。即从输入端看进去 元件相当于开路(虛断路)
3. 电路模型 输入电阻 输出电阻 当: u += 0, 则uo =－Au－ 当: u－= 0, 则uo=Au＋ 在线性放大区，将运放电路 作如下的理想化处理： ① A→ uo为有限值，则ud=0 ,即u +=u -，两个输 入端之间相当于短路(虚短路)； ② Ri→ 4. 理想运算放大器 i+=0 , i－=0。 即从输入端看进去， 元件相当于开路(虚断路)。 + _ A(u +-u - ) Ro Ri u + u - ＋ － uo
5.2含运算放大器的电路的分析 1.反相比例器 运放开环工作极不稳定,一般外部接若干元件(R、C 等),使其工作在闭环状态。 R R R R1① ② ① ② R R u RL RI Au 运放等效电路
5.2 含运算放大器的电路的分析 1. 反相比例器 运放开环工作极不稳定，一般外部接若干元件(R、C 等)，使其工作在闭环状态。 R1 Ri Rf Ro Au1 + _ + _ u1 + _ uo + _ ui RL 运放等效电路 1 2 + _ uo _ + A + + _ ui R1 Rf RL 1 2
用结点法分析:(电阻用电导表示) (G1+G+GDunI-Grun2=Gu R Grun1+(G什+Go+GL)un2 R1① ② =G4l1 ui=un1 R RI Auj 整理,得 G+G+Gounl-Grum2=Gu 运放等效电路 (G+G4)un1+(G+G+G1)n2=0 解得 Gr(AGo-G) GG(AG0-G0)+(G1+G+G(G+Go+GL)
用结点法分析：(电阻用电导表示) (G1+Gi+Gf )un1-Gf un2=G1ui -Gf un1＋(Gf+Go+GL)un2 =GoAu1 u1=un1 整理，得 (G1+Gi+Gf )un1-Gfun2=G1ui (-Gf +GoA)un1＋(Gf+Go+GL)un2 =0 解得 i f O f 1 i f f L f O f f 1 o n2 ( ) ( )( o ) ( ) u G AG G G G G G G G G AG G G G u u − + + + + + − = = − ui R1 Ri Rf Ro Au1 + _ + _ u1 + _ uo + _ RL 运放等效电路 1 2
Gr(AG0-G0) Gr G(AG0-G+(G+G+G(G+GG+GL 因A一般很大,上式中分母中GAGG)一项的值比(G1+ G;+G)(G1+G1+G要大得多。所以,后一项可忽略,得 G R—R 表明a0只取决于反馈电阻R与R比值,而与放大器本身 的参数无关。负号表明u和总是符号相反(反相比例器)。 近似结果可将运放看作理想情况而得到
i f O f 1 i f f L f O f f 1 o n2 ( ) ( )( o ) ( ) u G AG G G G G G G G G AG G G G u u − + + + + + − = = − 因A一般很大，上式中分母中Gf (AGo -Gf )一项的值比(G1+ Gi + Gf ) (G1+ Gi + Gf )要大得多。所以，后一项可忽略，得 i 1 f i f 1 o u R R u G G u − = − 近似结果可将运放看作理想情况而得到。 表明 uo / ui只取决于反馈电阻Rf与R1比值，而与放大器本身 的参数无关。负号表明uo和ui总是符号相反(反相比例器)
根据理想运放的特性分析: (1)根据“虚短”: R 11 R u+=u=0,i1=u;/R1 i2=-Wo/Ro (2)根据“虚断”: L RL i=0,i2=i1 u 注意 RR (1)当R1和R确定后,为使u不超过饱和电压即保证工 作在线性区),对u有一定限制。 (2)运放工作在开环状态极不稳定,振荡在饱和区工作在闭环 状态,输出电压由外电路决定。(Rr接在输出端和反相输入 端称为负反馈)
根据理想运放的特性分析： (1) 根据“虚短”： （2）根据“虚断”： i 1 f o u R R u = − (1) 当 R1 和 Rf 确定后，为使 uo 不超过饱和电压(即保证工 作在线性区)，对ui有一定限制。 (2) 运放工作在开环状态极不稳定，振荡在饱和区;工作在闭环 状态，输出电压由外电路决定。 ( Rf 接在输出端和反相输入 端,称为负反馈)。 注意 u + = u - =0，i1= ui /R1 i2= -uo /Rf i-= 0，i2= i1 + _ uo _ + + + _ ui R1 Rf RL i1 i2 u + u -