清华大学电路原理课件5.ppt

第5章 含运算放大器的电阻电路,5.1 运算放大器和它的静态特性,5.2 含运算放大器的电阻电路分析,本章重点,本章重点,运算放大器的静态特性,含运算放大器的电阻电路分析,返回目录,5.1 运算放大器（Operational Amplifier）和它的静态特性,主要关心的端子：反相输入、同相输入、输出、正电源、负电源,1.端子,2.电路符号,3.运算放大器的端电压,a：反相输入端（inverting input），输入电压 u-。,b：同相输入端（noninverting input），输入电压 u+。,o：输出端（output），输出电压 uo。,A：开环电压放大倍数（open-loop gain）。,Usat,-Usat,Uds,-Uds,线性工作区,|ud|Uds,则 uo=Aud,正向饱和区,反向饱和区,ud Uds,则 uo=Usat,ud-Uds,则 uo=-Usat,这里Uds是一个数值很小的电压。当Usat=13V(Usat一般小于工作电源电压）、A=105时，Uds=0.13mV。,分三个区域讨论,ud=u+-u-,运算放大器的静态特性：描述输出电压uo和输入端电压ud关系。,4.运算放大器的端电流,i+i-+io+ius+ius-=0,当放大器工作在线性区时（以下讨论均设为该 假定），端电压关系式中不出现直流电源电压。在 电路符号中去掉电源端，以简化符号。,端电流仍是 i+i-+io+ius+ius-=0,注意：,5.电路模型,Ri：运算放大器两输入端间的输入电阻，通常为1061013。,Ro：运算放大器的输出电阻，通常为10100。,在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理：,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)；,Ri、Ro0,i+=0,i-=0。即从输入端看进去，元件相当于开路（虚开路）。,Usat,-Usat,理想运放的静态特性,6.理想运算放大器,正向饱和区 ud0,反向饱和区 ud0,返回目录,5.2 含运算放大器的电阻电路分析,1.反相比例器（inverting amplifier）,以下分析中均假设运算放大器工作在线性区。,用节点电压法分析（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-Gf un2=G1ui,-(Gf+GoA)un1+(Gf+Go+GL)un2=0,解得,因A一般很大，上式分母中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,此近似结果可将运放看作理想情况而得到。,上式表明 uo/ui只取决于反馈电阻Rf与R1比值，负号表明uo和ui总是符号相反（反相比例器）。,由理想运放构成的反相比例器：,“虚短”：u+=u-=0，i1=ui/R1 i2=-uo/Rf,“虚断”：i-=0，i+=0，i2=i1,（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）运放不能工作在开环状态（极不稳定，振荡在饱和），一般工作在闭环状态，输出电压由外电路决定。,注意：,2.加法器（summing amplifier）,若,则,实现了加法运算,3.同相放大器（noninverting amplifier）,4.减法器（difference amplifier）,叠加计算：,u1单独作用：反相比例器,u1、u2共同作用时,u2单独作用：同相比例电路,实现了减法运算,5.电压跟随电路（voltage follower）,特点：,输入电阻无穷大（虚断）；,输出电阻为零；,应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。,返回目录,谢谢观看！,