5运算放大电路.PPT课件.ppt

1、1第五章第五章 含有含有运算放大器的电阻电路运算放大器的电阻电路 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型 理想运算放大器及其电路模型理想运算放大器及其电路模型 具有理想运放的电阻电路的分析具有理想运放的电阻电路的分析25-1 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型一、运放一、运放(Operational amplifier)定义和电路符号定义和电路符号1、定义、定义 运算放大器是一种具有高增益的电压放大器，在运算放大器是一种具有高增益的电压放大器，在外部反馈网络的配合下，它的输入与输出电压（或电外部反馈网络的配合下，它的输入与输出电压（或电流）之间可以灵活地实现各种预定的函数关系。流）之间

2、可以灵活地实现各种预定的函数关系。 如加减、积分、微分、对数和反对数以及非线性如加减、积分、微分、对数和反对数以及非线性的应用，因而具有对不同信号进行组合、运算和处理的应用，因而具有对不同信号进行组合、运算和处理等多种功能，并在自动控制、自动测量、计算机外围等多种功能，并在自动控制、自动测量、计算机外围设备、电信和无线电等领域得到普遍的应用。设备、电信和无线电等领域得到普遍的应用。32、电路符号、电路符号uoab+(b)Au+u o运算放大器为一多端元件，其中运算放大器为一多端元件，其中 a端：反相输入端。端：反相输入端。 b端：同相输入端。端：同相输入端。 o端：输出端。端：输出端。 +E、

3、 E：为运放的工作电源（称直流偏置），这：为运放的工作电源（称直流偏置），这是为了保证运放内部的晶体管正常工作所必须的。是为了保证运放内部的晶体管正常工作所必须的。+EEoab+(a)4$ 注意：注意：运放是一种单向工作的器件，只有在它运放是一种单向工作的器件，只有在它的输入端加信号电压时，输出端的电压取决于输入的输入端加信号电压时，输出端的电压取决于输入电压而完成其放大作用。电压而完成其放大作用。 反之，如果将信号加在输出端，在输入端的电反之，如果将信号加在输出端，在输入端的电压则不能实现这种放大作用。运放中的三角形符号压则不能实现这种放大作用。运放中的三角形符号就是表示这种就是表示这种“单

4、方向单方向”的性质的。的性质的。uoab+(b)Au+u o当当a端加输入电压端加输入电压u-，b端加端加输入电压输入电压u+时，其输出电压时，其输出电压 uo=A(u+ u )=Aud其中：其中：ud为差动输入电压；为差动输入电压； A为运放开环电压放大为运放开环电压放大倍数倍数(或电压增益或电压增益)。5线性工作区线性工作区输出电压与输入电压成正比输出电压与输入电压成正比 uo=Aud。饱和区饱和区 当当|ud|uds，输出电压达到饱和值，输出电压达到饱和值， uo=usat。运放的外特性一般与输出电流的大小无关。运放的外特性一般与输出电流的大小无关。uo (V)ud (mV)Uds Ud

5、sUsat Usat二、实际运放的电路模型二、实际运放的电路模型1、运放的输入、运放的输入输出特性输出特性（外特性）（外特性）运放的输出电压运放的输出电压uo与差动输与差动输入电压入电压ud= (u+ u ) 之间的之间的关系可用如图曲线来描述。关系可用如图曲线来描述。AUUusatdsd 当当62、实际运放的电路模型、实际运放的电路模型在运放的线性工作区，实际运放的电路模型可为在运放的线性工作区，实际运放的电路模型可为:在一般情况下，输入电阻在一般情况下，输入电阻 Rin 1M 输出电阻输出电阻 Ro100 电压增益电压增益 A105RinRo+ u u+A(u+ u )+ uo75-2 比

6、例电路的分析比例电路的分析将运放用实际模型替代将运放用实际模型替代。则有：。则有：一、比例器的电路一、比例器的电路 比例器的作用是使输出电压比例器的作用是使输出电压uo准确地与输入电压准确地与输入电压ui成正比。成正比。 +Aui+RfRsRLRinRo+ u u+A(u+ u )+ uo+ uiu1+ uoRLRfRsRinRoAu1 Rf跨接在输出与反相输跨接在输出与反相输入之间，称为负反馈。入之间，称为负反馈。8分析输出电压分析输出电压uo与输入电与输入电压压ui的关系。用节点法。的关系。用节点法。12111)111(RuuRuRRRiffin )11(1)111)(111()1(11f

7、offinfLoifooRRRRRRRRRRuRRAu 解之，得：解之，得：oLoffRAuuRRRuR121)111(1 + uiu1+ uoRLRfR1RinRoAu19foinfffoLofioRRARRRRRRRRRRuuK )1)(1(11111RRuuKfio 这是含非理想运放的比例器的放大倍数。考虑到这是含非理想运放的比例器的放大倍数。考虑到Ro很小，很小，A较大，可近似地把放大器理想化，得到：较大，可近似地把放大器理想化，得到： 由此可见，只要运放的放大倍数由此可见，只要运放的放大倍数A足够大，这足够大，这种电路的电压放大倍数种电路的电压放大倍数K只与只与2个外接电阻的比值有个

8、外接电阻的比值有关。因输入与输出反相，故为反相比例放大器。关。因输入与输出反相，故为反相比例放大器。105-3 具有理想运放的电阻电路的分析具有理想运放的电阻电路的分析一、理想运放的基本条件一、理想运放的基本条件 运算放大器是以它的高增益和很小的引入误差来运算放大器是以它的高增益和很小的引入误差来获得接近于理想的传输和阻抗变换等特性。运放的增获得接近于理想的传输和阻抗变换等特性。运放的增益越高，引入的误差越小，运放的电路特性越接近于益越高，引入的误差越小，运放的电路特性越接近于理想特性。可见，理想运放应具备的基本条件是：理想特性。可见，理想运放应具备的基本条件是：差模电压增益无限大，即差模电压

9、增益无限大，即A= ；输入阻抗无限大，即为输入电流为零，输入阻抗无限大，即为输入电流为零， Rin =，ii=0；输出阻抗为零，即输出阻抗为零，即 Ro =0。11二、分析方法二、分析方法 虚地：虚地：若同相输入端接地，若同相输入端接地， u+=0，则有，则有u-= u+= 0，即反相输入端也为地电位，但并不是直接接地，故称即反相输入端也为地电位，但并不是直接接地，故称为为“虚地虚地”。 虚短：虚短：若同相输入端为某一电位，则反相端将与同若同相输入端为某一电位，则反相端将与同相端等电位，即：相端等电位，即： u-= u+；称为；称为“虚短虚短”。 虚断：虚断： Rin = ii= i2=0，称

10、两个输入端为虚断。，称两个输入端为虚断。 利用以上两条规则，再采用节点法，或根据利用以上两条规则，再采用节点法，或根据KCL列列写方程，求解出输入输出关系。写方程，求解出输入输出关系。 理想运放用图示电路符号表示。理想运放用图示电路符号表示。uo+u+u 12三、常用运算电路分析三、常用运算电路分析 1. 比例运算电路比例运算电路因为理想运放的输入电因为理想运放的输入电流为零，则流为零，则 i1=if；又因为同相端接地，则又因为同相端接地，则反相端为虚地，有：反相端为虚地，有：fofiRuiRui 11foiRuRu 111RRuuKoruRRufioifo +ui+RfRsRLifi1uo+

11、132. 加法运算电路加法运算电路列反相输入端处的列反相输入端处的KCL方程，有：方程，有： i1+ i2+ i3= iffoRuRuRuRu 332211)111(332211uRuRuRRufo 取取R1= R2 = R3= Rf= R则则 uo= (u1+u2+u3)图为一反相加法器。图为一反相加法器。+RfR1ifuoR2R3i1i2i3u1u2u314列关于节点列关于节点u的方程的方程2323uRRRu 解之，得：解之，得：1121323)1(uRRuRRRRRuffo 取取R1= R2= R3= Rf= R则则 uo= u2 u13. 减法运算电路减法运算电路 (差动放大器差动放大器)22113211)1111(RuRuuRuRRRRoff +RfR1uoR2R3u1u2u15试证明试证明1-1 的输入电阻的输入电阻Rin=-RL。解：解：123uRRRuRRRuLLLL LLLRuRuRRRuRuui111311 LinRiuR 11例例5-1 图示电路是负阻抗变换器。图示电路是负阻抗变换器。i1+ 1 12 23 3u1RinRRRL+ 1 1+RfRLR11 u1i1+ Rin1 12 23 3