含運放的電阻電路分析完美版資料

§5－3含運放的電阻電路分析一、電壓跟隨器

圖5－13(a)所示電壓跟隨器是一種最簡單的運放電路。下面采用理想運放線性模型分析幾種常用的運放電路。圖5－13工作于線性區(qū)的理想運放，其差模輸入電壓ud=0，根據(jù)KVL可求得輸出電壓uo與輸入電壓源電壓uin的關(guān)系它等效于增益為l的VCVS[圖(b)]。該電路的輸出電壓uo將跟隨輸入電壓uin的變化，故稱為電壓跟隨器。圖5－13由于該電路的輸入電阻Ri為無限大(uin=0)和輸出電阻Ro為零，將它插入兩個雙口網(wǎng)絡之間(圖5－14)時，既不會影響網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)移特性，又能對網(wǎng)絡起隔離作用，故又稱為緩沖器。圖5－14解：網(wǎng)絡N1和N2的轉(zhuǎn)移電壓比為例5-5電路如圖5－15所示，試計算開關(guān)接在a和a位置，

及接在b和b位置時的轉(zhuǎn)移電壓比uo/uin。圖5－15開關(guān)S1、S2接在a、a時，在N1和N2間插入電壓跟隨器，不會影響u1和K1的值，又由于跟隨器的輸出電阻為零，N2的接入不會影響u2的值，即u1=u2。該電路總的轉(zhuǎn)移電壓比為圖5－15圖5－15開關(guān)S1、S2接在b、b時，N1和N2直接相連，由于N2輸入電阻對N1的影響，K1將會變化，總轉(zhuǎn)移電壓比為由此例可見，使用緩沖器可以隔離兩個電路的相互影響，從而簡化了電路的分析與設計。利用理想運放輸入端口的虛短路特性(i-=i+=0)，寫出電路中結(jié)點①的KCL方程該電路的輸出正比于兩個電壓之差，是一個減法放大電路。運放工作于線性區(qū)時，可以采用圖5－10(a)所示的運放電路模型，得到圖5－22(b)所示電路。先設法求出ud，即可求得uo=Aud。式（5－12）中的負號表示輸出電壓與輸入電壓極性相反，故稱為反相放大器。這與式(5－12)基本相同。它等效于增益為l的VCVS[圖(b)]。解得利用理想運放的虛短路特性，寫出圖示電路中結(jié)點①的KCL方程當Rf>R1時，輸出電壓的幅度比輸入電壓幅度大，該電路是一個電壓放大器。當A足夠大，即A>>(1+Rf/R1)時，上式變?yōu)楫擱f>R1時，輸出電壓的幅度比輸入電壓幅度大，該電路是一個電壓放大器。當Rf>R1時，輸出電壓的幅度比輸入電壓幅度大，該電路是一個電壓放大器。例如R1=R2=1k,Rf=10k,Usat=10V，且運放輸入端ab兩點間電壓u<0.圖(b)是一個反相放大器，求得利用理想運放輸入端口的虛短路特性(i-=i+=0)，寫出電路中結(jié)點①的KCL方程二、反相放大器利用理想運放輸入端口的虛短路特性(i-=i+=0)，寫出電路中結(jié)點①的KCL方程解得圖5－16當Rf>R1時，輸出電壓的幅度比輸入電壓幅度大，該電路是一個電壓放大器。式（5－12）中的負號表示輸出電壓與輸入電壓極性相反，故稱為反相放大器。例如,R1=1k,Rf=10k,uin(t)=8costmV時，輸出電壓為三、同相放大器利用理想運放的虛短路特性，寫出圖示電路中結(jié)點①的KCL方程解得圖5－16由于輸出電壓的幅度比輸入電壓的幅度大，而且極性相同，故稱為同相放大器。例如R1=1k,Rf=10k,uin(t)=8costmV時，輸出電壓為四、加法運算電路

利用理想運放的虛短路特性，寫出圖示電路中結(jié)點①的KCL方程圖5－18當R1=R2=R時，上式變?yōu)樵撾娐份敵鲭妷悍日扔趦蓚€輸入電壓之和，實現(xiàn)了加法運算。當R3>R1=R2時，還能起反相放大作用，是一種加法放大電路。解得五、負阻變換器用外加電源法求出a、b兩端的VCR關(guān)系,從而求得輸入電阻Rab。利用理想運放的虛短路特性，再用觀察法列出圖5－19得到代入KVL方程解得當R1=R2時例如R1=R2=1k,Rf=10k,Usat=10V，且運放輸入端ab兩點間電壓u<0.5V時，Rab=-10k。上式表明該電路可將正電阻Rf變換為一個負電阻。為了實現(xiàn)負電阻，要求運放必須工作于線性區(qū)，即，由式(5－15)可求得負電阻上的電壓應滿足例5-6試用運放(例如LM741)、電阻器和電位器構(gòu)成一

個線性電阻器，其阻值從-10k到+10k連續(xù)可調(diào)。圖5－20解：由圖5－19所示電路模型，畫出圖5-20所示電原理圖。

在實驗室按圖接線，并接通電源，則在ad兩點間形成

一個Rad=-Rf=-10k的線性電阻器。為得到一個從-10k到+10k可連續(xù)變化的電阻，將一個20k電位器用作可變電阻器與上述負電阻串聯(lián)，其總電阻為當電位器滑動端從b點向c點移動時，Rbd則從-10k到+10k連續(xù)變化。例5－7圖5－21(a)電路中的運放工作于線性區(qū)，試用疊加定

理計算輸出電壓uo。解：工作于線性區(qū)的運放模型是線性電阻元件，可以應用疊加定理。圖(b)是一個反相放大器，求得圖(c)是一個同相放大器電路，求得該電路的輸出正比于兩個電壓之差，是一個減法放大電路。圖5－21也可以采用有限增益運放模型來分析各種運放電路。現(xiàn)以圖5-22(a)所示反相放大器電路為例說明。圖5－22運放工作于線性區(qū)時，可以采用圖5－10(a)所示的運放電路模型，得到圖5－22(b)所示電路。先設法求出ud，即可求得uo=Aud。由結(jié)點①的KCL方程代入KVL方程中得到圖5－22解得當A足夠大，即A>>(1+Rf/R1)時，上式變?yōu)槔鏡1=1k,Rf=10k,uin(t)=8costmV時，輸出電壓為式（5－12）中的負號表示輸出電壓與輸入電壓極性相反，故稱為反相放大器。當Rf>R1時，輸出電壓的幅度比輸入電壓幅度大，該電路是一個電壓放大器。利用理想運放輸入端口的虛短路特性(i-=i+=0)，寫出電路中結(jié)點①的KCL方程利用理想運放輸入端口的虛短路特性(i-=i+=0)，寫出電路中結(jié)點①的KCL方程它等效于增益為l的VCVS[圖(b)]。為得到一個從-10k到+10k可連續(xù)變化的電阻，將一個20k電位器用作可變電阻器與上述負電阻串聯(lián)，其總電阻為由于輸出電壓的幅度比輸入電壓的幅度大，而且極性相同，故稱為同相放大器。例如,R1=1k,Rf=10k,uin(t)=8costmV時，輸出電壓為當Rf>R1時，輸出電壓的幅度比輸入電壓幅度大，該電路是一個電壓放大器。工作于線性區(qū)的理想運放，其差模輸入電壓ud=0，根據(jù)KVL可求得輸出電壓uo與輸入電壓源電壓uin的關(guān)系運放工作于線性區(qū)時，可以采用圖5－10(a)所示的運放電路模型，得到圖5－22(b)所示電路。這與式(5－12)基本相同。利用理想運放的虛短路特性，再用觀察法列出運放工作于線性區(qū)時，可以采用圖5－10(a)所示的運放電路模型，得到圖5－22(b)所示電路。