第五章理想运放电路2

第五章含运算放大器的电阻电路运算放大器(operationalamplifier)：是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应用于1940年，主要用于模拟计算机，可模拟加、减、积分等运算，对电路进行模拟分析。1960年后，随着集成电路技术的发展，运算放大器逐步集成化，大大降低了成本，获得了越来越广泛的应用。1.概念：运算放大器是一种增益很高的放大器，它能同时放大直流和一定频率的交流电压，能完成加减、积分、微分等数学运算。集成运放是一种多端晶体管元件.•AD875x系列是美国AD公司生产的高精度轨对轨运算放大器，具有零漂移、单电源供电、轨对轨输入/输出等特点，可广泛用于温度、压力、应变、电流等精密测量的场合。-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4级：互补对称射极跟随器差动放大器第2级第1级：差动放大器第3级：单管放大器–+集成运放内部结构（举例）极性判断Chapter5含有运算放大器的电阻电路主要内容1.运算放大器的电路模型；2.运算放大器在理想化条件下的外部特性；3.含有运算放大器的电阻电路。§5-1运算放大器的电路模型1.运算放大器的电路符号①图a:两个输入端a,b,一个输出端o,电源端子E+和E-；②图b:图a中略去偏置电源；③图c:图b中省掉接地的连接线(为了简化起见)。a端:反相输入端(“-”),u-加于“a”时,u0与u-相位相反；A:电压放大倍数；ud:差动输入电压b端:同相输入端(“+”),u+加于“b”时,u0与u+相位相同；在a端和b端分别同时有输入电压u-和u+时,有u0=A(u+-u-)=Aud+_ududu+u-uo_+A+ab2.输入输出关系以后,我们始终假设运放工作在线性区②ud,u0=Usat(饱和电压);ud-,u0=-Usat,即|ud|,|u0|=Usat,进入饱和区；①-ud(Epsilon),u0与ud为线性关系,斜率取决于A值,很陡,线性区；3.运放的电路模型Rin:输入电阻1MR0:输出电阻100VCVS:A(u+-u-),A105§5-2含运放电路的分析对结点①,②列出结点方程为AuRuRRuRRuuRuRRRnninnnin0220121221211)11(11)111(比例电路故有因,,021uuuunn0)11()1(11110200210221uRRuRARRuuRuRRRinin）（)1(1)111)(11(1).1(20221201200RRARRRRRRuRRRAuininininuRRARRRRRRRR202122012)1)(1(11因A很大,R0很小,Rin较大,适当选择R1和R2,则inuRRu120如果把上图中运放视作理想运放，由于1000022.1112120RRRRuuin,0,0RR,Ain120RRuuin则有例5-1:设比例分析电路中,A=50000,Rin=1M,R0=100,而R1=10k，R2=100k,则3.运放的电路模型理想化情况:运放的工作范围局限在线性段，即假设③A作为无限大,ud=u+-u-=0)0(0AuudRin:输入电阻1MR0:输出电阻100VCVS:A(u+-u-),A105①Rin为无限大,流入每一输入端的电流均为零；②Ro设为零;-Usatu0Usat③A=,ud=u+-u-=0u+=u-理想运放:在-Usatu0Usat的范围内，Rin=，Ro=0，A=。4.理想运放的假设条件:①Rin=,流入每一输入端的电流均为零;②Ro=0，u0与后级负载无关；§5-3含有理想运算放大器的电路分析⑴反相端和同相端的输入电流均为零,i+=i-，“虚断”⑵反相端和同相端的电压相等,u+=u-，“虚短”理想运放的性质可以得出两条规则在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理：①A∵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)；②Ri,i+=0,i-=0。即从输入端看进去，元件相当于开路(虚开路)。理想运放的电路符号uoud0Usat-Usat电压转移特性(外特性)5.3理想运算放大器+_ududu+u-uo_++i+i-正向饱和区ud0反向饱和区ud0一．反相比例运算由理想运放构成的反相比例器：+_uo_+++_uiR1RfRLi1i2i-u-u+“虚短”：u+=u-=0，“虚断”：i-=0，i2=i1i1fouRRu(1)倒向端和非倒向端的输入电流均为零。（虚断路）(2)对于公共端倒向输入端的电压与非倒向输入端的电压相等。（虚短路）1.规则：f021i1RuiRui二．同相比例运算例5-2:右下图所示电路为同相比例运算放大器，试求输出电压u0与输入电压uin之间的关系。解：利用上述的两条规则,则规则一(虚断)：02112uRRRu规则二（虚短）：2uuuuinin0uRRu)1(120211uRRRuin故b．若R1=（开路），R2=0（短路），_+++_uo+_ui_++RiuiR2R1u+u-i-+_uo+_i+ii0i,uuiio且则称为电压跟随器。经过虚短与虚断如同将ui与uo连接上，但是中间又是断开的a．同相放大；,11120RRuuAinu五.电压跟随器特点：①输入阻抗无穷大(虚断)；②输出阻抗为零；应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。③uo=ui。_+++_uo+_ui作用：输出电压重复输入电压（电压跟随）Ri无限大，起隔离作用iouu0ii例12122uRRRu12122uRRRu可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。R2RLR1+_u2+_u1_+++_uiR1R2RL+_u2三．加法运算电路例5-3：下图所示为加法运算电路，试说明其工作原理。解：规则1：3322110321RuuRuuRuuRuuiiiif规则2：33221100RuRuRuRuuf)111(3322110uRuRuRRuffRRRR321若,则)(3210uuuu反相加法03122211132121)11(1)11(uuRuuRRRuuRuRRnnnn)(12120122011uuRRuRuRuRu又因un1=un2,故有解：结点方程为四．减法运算电路5.积分器u-=0i-=0iR=iC积分环节dtxyC+_uo_+++_uiRiCi-u-iRtuRCud1iox-yy-1tuCRuddoi•总结：1、应用规则；2、应用结点电压法列方程。。。求，设图示电路含有两个运放ino65uuRR0RuRuRu0RuRuRu)0uu(213o5'o2in4o6'o1in2n1n列结点电压方程、解：对结点4321ino4o3o2in1inoGGGGuuRuRuRuRu'u所以得方程中消去其中运放输出端电流事先无法确定,因此不宜列方程.这是运放理想化处理的特点