第五章理想運放電路2.ppt

1、第五章 含運算放大器的電阻電路,運算放大器(operational amplifier)：,是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應(yīng)用于1940年，主要用于模擬計算機，可模擬加、減、積分等運算，對電路進行模擬分析。1960年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。,概念： 運算放大器是一種增益很高的放大器，它能同時放大直流和一定頻率的交流電壓，能完成加減、積分、微分等數(shù)學運算。集成運放是一種多端晶體管元件.,AD875x系列是美國AD公司生產(chǎn)的高精度軌對軌運算放大器，具有零漂移、單電源供電、軌對軌輸入/輸出等特點，可廣泛用于溫度、壓力、應(yīng)變

2、、電流等精密測量的場合。,第4級：互補對稱射極跟隨器,第3級：單管放大器,+,集成運放內(nèi)部結(jié)構(gòu)（舉例）,極 性 判 斷,Chapter 5 含有運算放大器的電阻電路,主 要 內(nèi) 容,1.運算放大器的電路模型；,2.運算放大器在理想化條件下的外部特性；,3.含有運算放大器的電阻電路。,5-1 運算放大器的電路模型,1.運算放大器的電路符號, 圖a: 兩個輸入端 a,b, 一個輸出端o,電源端子 E+ 和 E- ；, 圖b: 圖a中略去偏置電源；, 圖c: 圖b中省掉接地的連接線(為了簡化起見)。,a 端: 反相輸入端(“-”), u- 加于“a”時, u0 與 u- 相位相反；,A: 電壓放大倍

3、數(shù)； ud :差動輸入電壓,b 端: 同相輸入端(“+”), u+ 加于“b”時, u0 與 u+ 相位相同；,在 a 端和 b 端分別同時有輸入電壓 u- 和 u+ 時,有,u0 = A ( u+ - u- ) = A ud,2.輸入輸出關(guān)系,以后,我們始終假設(shè)運放工作在線性區(qū), ud ,u0 = Usat (飽和電壓); ud ,|u0|= Usat , 進入飽和區(qū)；, - ud (Epsilon), u0 與 ud 為線性關(guān)系, 斜率取決于A 值,很陡,線性區(qū)；,3.運放的電路模型,Rin: 輸入電阻 1M R0: 輸出電阻 100 VCVS: A( u+ - u- ), A105,5-

4、2 含運放電路的分析,對結(jié)點,列出結(jié)點方程為,比例電路,因 A 很大, R0 很小, Rin較大,適當選擇R1 和R2 ,則,如果把上圖中運放視作理想運放，由于,例5-1:設(shè)比例分析電路中,A = 50000, Rin = 1 M, R0 = 100 , 而 R1 = 10 k，R2 = 100 k, 則,3.運放的電路模型,理想化情況:,運放的工作范圍局限在線性段，即假設(shè), A 作為無限大, ud = u+ - u- = 0,Rin: 輸入電阻 1M R0: 輸出電阻 100 VCVS: A( u+ - u- ), A105, Rin 為無限大,流入每一輸入端的電流均為零；, Ro 設(shè)為零;

5、,- Usat u0 Usat, A = , ud = u+ - u - = 0 u+ = u -,理想運放: 在- Usat u0 Usat 的范圍內(nèi)， Rin = ，Ro = 0， A = 。,4.理想運放的假設(shè)條件:, Rin = , 流入每一輸入端的電流均為零;, Ro = 0，u0與后級負載無關(guān)；,5-3 含有理想運算放大器的電路分析, 反相端和同相端的輸入電流均為零, i+ = i- ，“虛斷”, 反相端和同相端的電壓相等, u+ = u - ，“虛短”,理想運放的性質(zhì)可以得出兩條規(guī)則,在線性放大區(qū)，將運放電路作如下的理想化處理：, A, uo為有限值，則ud=0 ,即u+=u-，

6、兩個輸入端之間 相當于短路(虛短路)；, Ri , i+=0 , i-=0。 即從輸入端看進去， 元件相當于開路(虛開路)。,理想運放的電路符號,Usat,-Usat,電壓轉(zhuǎn)移特性(外特性),5. 3理想運算放大器,正向飽和區(qū) ud0,反向飽和區(qū) ud0,一反相比例運算,由理想運放構(gòu)成的反相比例器：,“虛短”： u+ = u- =0，,“虛斷”： i-= 0，i2= i1,(1) 倒向端和非倒向端的輸入電流均為零。（虛斷路）,(2)對于公共端倒向輸入端的電壓與非倒向輸入端的電壓相等。（虛短路）,1.規(guī)則：,二同相比例運算,例5-2:右下圖所示電路為同相比例運算放大器，試求輸出電壓 u0 與輸入

7、電壓 uin 之間的關(guān)系。,解：利用上述的兩條規(guī)則, 則,規(guī)則一(虛斷)：,規(guī)則二（虛短）：,故,b若 R1 = （開路），R2 = 0 （短路），,稱為電壓跟隨器。,經(jīng)過虛短與虛斷如同將ui與uo連接上，但是中間又是斷開的,a 同相放大；,五. 電壓跟隨器,特點：, 輸入阻抗無窮大(虛斷)；, 輸出阻抗為零；,應(yīng)用：在電路中起隔離前后兩級電路的作用。, uo= ui。,作用： 輸出電壓重復(fù)輸入電壓（電壓跟隨） Ri無限大，起隔離作用,例,可見，加入跟隨器后，隔離了前后兩級電路的相互影響。,三加法運算電路,例5-3：下圖所示為加法運算電路，試說明其工作原理。,解：規(guī)則1：,規(guī)則2：,若 , 則,反相加法,又因 un1