电路第5章含有运算放大器的电阻电路课件.ppt
2023年1月22日星期日,1,第五章 含有运算放大器的电阻电路,学习要点1.运算放大器的电路模型；2.运算放大器在理想化条件下的外部特性；3.含理想运放的电阻电路的分析；4.几个典型电路。,2023年1月22日星期日,2,重点,理想运算放大器的外部特性、电路模型；用结点法分析含有运算放大器的电阻电路。,运算放大器的电路模型；理想运算放大器两个规则的应用；典型电路分析。,难点,2023年1月22日星期日,3,5-1 运算放大器的电路模型,1.集成运算放大器简介,是一个包含许多晶体管的电子器件，最早开始应用于1940年，主要用来实现对模拟量进行数学运算的功能，故称集成运算放大器。,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，获得了广泛的应用。如今，集成运算放大器的应用早已超出模拟计算的范踌。它象一个性能很高的晶体管，只要外加少数几个元件，就能方便地完成各种各样的功能。,2023年1月22日星期日,4,各种型号的集成运放,2023年1月22日星期日,5,2.集成运放的应用,(1)线性应用：工作于线性放大状态。,(2)非线性应用：工作于开关状态。,应用广泛，电路形式千变万化，但从工作状态看，分为 线性应用和非线性应用 两大类。,构成比例、加、减、乘、除、指数、对数、微分、积分、有源滤波器、正弦波发生器等运算电路。,构成电压比较器、各种非正弦波发生器(方波、三角波、锯齿波)等。,信号的运算电路,信号的处理电路,信号的发生电路,2023年1月22日星期日,6,3.电路结构与特点,频带过窄,线性范围小,缺点：,加入负反馈,扩展频带,减小非线性失真,优点：,高增益；,输入电阻大，输出电阻小。,线性应用时,2023年1月22日星期日,7,国产F007内部原理图(对应国外mA741),同相输入端,反相输入端,输出端,正电源,负电源,调零端,调零端,A=105.5,u+,u-,uo,+15V,-15V,2023年1月22日星期日,8,F007(或mA741)有八个管脚：,脚为反相输入端；,脚为同相输入端；,脚为输出端；,和脚为正、负电源端；,和脚为调零端；,脚为空脚。,通常接10k调零电位器，中心抽头接脚。,LM358为双运放,单电源：330V双电源：1.515V自稳零,2023年1月22日星期日,9,4.电路符号,在电路符号图中一般不画出直流电源端，而只有 u+、u-、uo三端和接地端。,A：开环电压放大倍数，可达十几万倍以上。,图中参考方向表示每一点对地的电压，在接地端未画出时尤须注意。,有些资料采用这一符号,2023年1月22日星期日,10,5.集成运放的输入情况,uo=-Au-,同相输入：,uo=Au+,(1)若在两个输入端同时加输入电压 u+和u-有：,uo=A(u+-u-)=A ud,叫做双端输入。,ud=u+-u-称差动电压，,(2)若只在一个输入端加输入电压，另一端接地，,反相输入：,故也称差动输入方式。,则称为 单端输入。,有两种方式,2023年1月22日星期日,11,6.运算放大器的外特性,加 ud=u+-u-，得输出 uo 与 ud之间的特性曲线。,Usat,-,-Usat,曲线分三个区域：,线性工作区(放大状态),|ud|，uo=A ud,正向饱和区(开关状态),反向饱和区(开关状态),ud，uo=Usat,ud-，uo=-Usat,注意：是一个数值很小,例如：Usat=13V，A=105，则=0.13mV。,的电压。,实际特性,近似特性,2023年1月22日星期日,12,7.运放的电路模型,工作在线性放大状态时的模型,非线性应用时，应开环运行或引入正反馈。,线性应用时，必须闭环运行，即在输入输出间引入负反馈网络。,Ri 是输入电阻，一般为1031012W。,用VCVS表示输入电压对uo的控制作用。,Ro 是输出电阻，一般为十几几百W。,2023年1月22日星期日,13,5-2 比例电路分析,用结点法分析 uo与ui的关系,R1,1,+,Ri,1,+,R2,1,u-,-,R2,1,uo,=,R1,ui,un1=u-，,un2=uo，,R2,1,消去中间变量 u-并整理,),(,-,u-,+,Ro,1,+,R2,1,=,Ro,-Au-,uo,(,),2023年1月22日星期日,14,=,R1,-,R2,1,1+,一些高精度集成运放，A 可达107，Ri大、Ro小。,表明：,0,A很大时，比例系数只取决于R1和R2，与放大器本身的参数无关。集成运放性能稍有改变，比例系数基本不受影响；,ui,uo,R1,-,R2,所以：,负号表明uo和ui总是符号相反(倒向或反相比例器)。,2023年1月22日星期日,15,5-3 含理想运放的电路分析,1.在线性应用时的两条规则,Ri,规则 i-=i+=0,输入端相当于断路。,理想运放的参数：A，Ri，Ro=0,(“虚断”路),u-,u+,i+,i-,=(u+-u-)=0,=ud,uo,A,规则 u+=u-,反相端与同相端相当于短路。,A,(“虚短”路),分析方法：,合理地运用这两条规则，并与结点,电压等方法相结合。,2023年1月22日星期日,16,2.典型电路分析,(1)倒向反相比例器,实用中，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。,根据“虚短”：,根据“虚断”：,u+=u-=0 得,i-=0，,i1=,R1,ui,i2=-,R2,uo,所以：,得 i2=i1,R1,ui,=-,R2,uo,uo=-,R1,R2,ui,2023年1月22日星期日,17,uR1=,R1+R2,R1,uo,uR1=ui,(2)非倒向同相比例器,R1、R2为串联。,虚断：i-=i+=0,虚短：u+=u-,由分压公式：,uo=,R1,R1+R2,ui,uo,ui,=1+,R1,R2,所以：,uo与ui同相；,输入、输出关系与运放本身参数无关；,当 R1=，R2=0时，uo=ui，为电压跟随器。,或：,结论：,2023年1月22日星期日,18,称隔离放大器，亦称缓冲放大器。,(3)电压跟随器,R1=，R2=0,uo=ui,输入阻抗无穷大(虚断)；,输出阻抗为零；,应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。,uo=ui。,特点,2023年1月22日星期日,19,例如,插入缓冲放大后，RL的变化就不会影响 u2。,RL的变化会影响 u2。,u2=,R2,R1+R2,u1,Ri,Ro=0,2023年1月22日星期日,20,(4)反相加法器,i1+i2+i3=if,若 R1=R2=R3=Rf，,R1,u1,+,R2,u2,+,R3,u3,=-,Rf,uo,uo=-,Rf,R1,u1,+,Rf,R2,u2,+,Rf,R3,u3,i-=0,u-=u+=0,(,),实现了比例加法运算：y=a1x1+a2x2+a3x3,则 uo=-(u1+u2+u3)。,2023年1月22日星期日,21,(5)减法运算,u-,u+,i1=if,i-=i+=0，,u-=u+=0,i1=,ui1-u-,R1,=,u-uo,Rf,=if,u-=u+,解得：,uo=,=,R3,R2+R3,ui2,R3,R2+R3,(,1+,Rf,R1,),ui2,-,Rf,R1,ui1,当 R1=R2，R3=Rf 时：,uo=,Rf,R1,(ui2-ui1),当 R1=R2=R3=Rf 时：,uo=ui2-ui1,2023年1月22日星期日,22,3.解题指导(1),求输出电压uo。,解：用戴维宁定理,化简电路,R,R,uo=-,3,2,3,也可以用Y-D变换,R,uo=-,6,3R,=-2V,=-2V,2023年1月22日星期日,23,3.解题指导(2)求输出电压uo。,解：,u1=6V,u2=3V,u3=u4,=0.5 u2,=1.5 V,u1-u3,R,=,u3-uo,R,uo=-u1+2u3,=-6+3,=-3V,2023年1月22日星期日,24,ui,R1,+,uo,R4,+,uo1,R6,=0,ui,R2,+,uo,R3,+,uo1,R5,=0,解：,相减,ui,R1,-,ui,R2,+,uo,R4,-,uo,R3,=0,(G1-G2)ui=(G3-G4)uo,uo,ui,=,G3-G4,G1-G2,教材例53,4.例题分析,uo1,i-=i+=0,u-=u+=0,对结点、用KCL：,2023年1月22日星期日,25,5.习题分析 题5-7 求图示电路的uo与us1、us2 之间的关系。,解：,R1,us1-u-,u+=u-,消去u+、u-解得,uo=,G1 G4-G2 G3,(G3+G4)G1 us1,+(G1+G2)G3 us2,u-,u+,i+=i-=0,=,R2,u-uo,R3,u+us2,=,R4,uo-u+,2023年1月22日星期日,26,本章结束,
