电工技能培训专题-电路-含有运算放大器的电阻电路

JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,20211第五章含有运算放大器的电阻电路5.1运算放大器的电路模型5.2比例电路分析5.3含理想运放的电路分析JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,202121.集成运算放大器简介是一个包含许多晶体管的集成电路，电压放大倍数(输出电压与输入电压的比值）很高。最初主要用于模拟计算机，故称集成运算放大器。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。5.1运算放大器的电路模型JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,202131）线性应用运放工作于线性放大状态。可构成各种电压放大器、有源滤波器和比例、加、减、乘、除、指数、对数、微分、积分等线性运算电路；2.集成运放的应用应用广泛，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。2）非线性应用运放工作于开关状态。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。信号处理模拟运算5.1运算放大器的电路模型JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,20214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=105.5u+u-uo+-+A反相输入同相输入输出端u-u+uo+15V-15VJiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,202153.集成运放的输入、外特性、电路模型uo=-Au-同相输入：uo=Au+u-u+uo+-+Aud1）输入情况(1)若在两个输入端同时加输入电压u+和u-有：uo=A(u+-u-)=Aud这叫做双端输入。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，则称为单端输入。uo+-+Audu-uo+-+Audu+反相输入：因此也称差动输入方式。5.1运算放大器的电路模型JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,202162）外特性(电压传输特性)(1)当|ud|e时(2)当|ud|e时uo/Vud/mVo-Usat-eUsateud≤105.5±13uoA=F007：A≈105.5EC=±15VUsat≈±13Vuo≈±Usat，不再随输入ud的变化而改变运放处于饱和状态。A很大，传输特性很陡，运放在线性放大状态下工作。uo=Audud的变化范围非常小。5.1运算放大器的电路模型JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,202173）运放的电路模型工作在线性放大状态时的模型u-u+uo+-+AudRoA(u+-u-)+-uo+-Ri+u-u+-ud+-Ri是输入电阻，一般为103～1012W。Ro是输出电阻，一般为十几～几百W。用VCVS表示输入电压对uo的控制作用。开环运行：因内有完整的多级放大器，故不需外围元件，接通电源就能工作。闭环运行：实用中，必须通过一个(反馈)网络把输出端与反相端连接起来才行。5.1运算放大器的电路模型JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,20218+-+A+-ui+-uoR1R2i1i2u-+-0②①R2RoRi-Au-+-uo+-R1+-ui+-u-用结点法分析uo与ui的关系R11+Ri1+R21u--R21uo=R1ui-u-+Ro1+R21=Ro-Au-un1=u-，un2=uo，R21uo消去中间变量u-并整理5.2比例电路分析JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,20219uoui=R1-R211+1+RoR21+R1R2+RiR2A-R2Ro+-+A+-ui+-uoR1R2i1i2u-+-一些高精度的集成运放，A可达107。因A很大，结果足够精确，并说明：uoui=R1-R2uiuo=R1-R2(1)选不同的R1和R2，可获得不同的比例系数，或放大倍数；(2)集成运放性能稍有改变，比例系数基本不受影响。05.2比例电路分析JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,2021101.理想运放在线性应用时的两条规则=(u+-u-)=uduoAu-u+uo+-+∞udi+i-理想运放的参数：A→∞，Ri→∞，Ro=0···Ri→∞(1)i-=i+=0输入端相当于开路(“虚断”路)。→0(2)u+=u-反相端与同相端相当于短路(“虚短”路)。5.3含理想运放的电路分析JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,202111由规则2由规则1：i1=i22.同相比例电路+-+∞+-ui+-uoR1R2i1i2①②0虚地uiR1=uoR2-uiR1=uoR2-+-i+i-+-+∞ui+-uoR1R2①②0uR1由规则1：R1、R2为串联，由分压公式：uR1=R1+R2R1uo由规则2：uR1=ui，uo=R1R1+R2uiuoui=1+R1R25.3含理想运放的电路分析JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,202112则uo=ui，称电压跟随器。实际运放的Ri很大，起“隔离”作用，亦称缓冲放大器。i+i-+-+∞ui+-uoR1R2①②0+-+∞ui+-uoiin+-若R2=0R1断开R1R2+-u1RL+-uo+-u2uouin=1+R1R2+-+A当负载发生变化时，输出电压uo也会跟着发生变化。插入缓冲放大后，RL的变化不会影响u2(=uo)。5.3含理想运放的电路分析JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,2021133.反相加法器∵i-=0∴i1+i2+i3=i若R1=R2=R3=Rf则uo=-(u1+u2+u3)+-u1+-uoR1Rfi1i①u-+-R2i2i3R3+-u2+-u3+-+∞虚地R1u1+R2u2+R3u3=-Rfuouo=-RfR1u1+RfR2u2+RfR3u3若用叠加原理，则可以直接引用反相比例运算的结论。若用结点电压法:自导un1=R1u1+R2u2+R3u3+Rf/uo虚地=05.3含理想运放的电路分析JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,202114+-+∞R6①R4R1+-+∞②R2R5R3uouiuo1uiR1+uoR4+uo1R6=0uiR2+uoR3+uo1R5=0R5=R6两式相减uiR1-uiR2+uoR4-uoR3=0(G1-G2)ui=(G3-G4)uououi=(G3-G4)(G1-G2)例5–35.3含理想运放的电路分析JiangSuUniversityOfScienceandTechnology.ZhangjiagangCampus.CircuitCourseLecturedByXuebinJiang/InformationSchoolTuesday,April06,202115题5-7求图示电路的uo与us1、us2之间的关系。uS1uo+-+∞R3+-+-uS2R2R4R1u-u+解：R1uS1-u-=R2u--uoR3u++uS2=R4uo-u+u+=u-消去u+、u-并整理得uo=G1G4-G2G3(G3+G4)G1uS1+(G1+G2)G3uS25.3含理想运放的电路分析