my(電路)第五章運放

1、電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 第五章第五章 含有運算放大器的電阻電路含有運算放大器的電阻電路5.1 運算放大器的電路模型運算放大器的電路模型5.1含有理想運放的電路含有理想運放的電路的分析的分析5.3 集成運放的應用集成運放的應用*電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 運算放大器運算放大器(operational amplifier)：是一種在電路中有著十分廣泛用途的電路器件。是一種在電路中有著十分廣泛用途的電路器件。最早開始應用于最早開始應用于1940年，主要用于模擬計算機，可模年，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。擬加、減、積分等運算，對電路進行模擬

2、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用。成化，大大降低了成本，獲得了越來越廣泛的應用。運算放大器基本上是高放大倍數(shù)的直接耦合的運算放大器基本上是高放大倍數(shù)的直接耦合的放大器放大器(一般內(nèi)部由一般內(nèi)部由20個左右的晶體管組成個左右的晶體管組成)，可用，可用來放大直流和頻率不太高的交流信號。來放大直流和頻率不太高的交流信號。電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 運算放大器外形圖運算放大器外形圖電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 運算放大器外形圖運算放大器外形圖電阻電路的等效變換電阻電路

3、的等效變換 51 運算放大器的電路模型運算放大器的電路模型運算放大器（簡稱運放）運算放大器（簡稱運放）-是一種包含許多晶體管的是一種包含許多晶體管的集成電集成電路路，它是目前獲得廣泛應用的一種，它是目前獲得廣泛應用的一種多端器件多端器件。放大器的作用放大器的作用-是把輸入電壓放大一定倍數(shù)后再輸送出去，是把輸入電壓放大一定倍數(shù)后再輸送出去，其輸出電壓與輸入電壓的比值稱為其輸出電壓與輸入電壓的比值稱為電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)或或電壓增益電壓增益(A)。運放運放-是一種高增益（可達幾萬倍甚至更高）、高輸入電阻、是一種高增益（可達幾萬倍甚至更高）、高輸入電阻、低輸出電阻的放大器。低輸出電阻的放大器。由

4、于它能完成加法、減法，積分、微分等數(shù)學運算而被稱為由于它能完成加法、減法，積分、微分等數(shù)學運算而被稱為運運算放大器算放大器。用用運放運放可便利地做成許多有用的電路，如放大器，比較器，震可便利地做成許多有用的電路，如放大器，比較器，震蕩器等。它已成為蕩器等。它已成為常用的構(gòu)成電路的常用的構(gòu)成電路的“積木塊積木塊”。電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 1. 電路符號電路符號a： 反向輸入端，輸入電壓反向輸入端，輸入電壓 u-b：同向輸入端，輸入電壓：同向輸入端，輸入電壓 u+o： 輸出端輸出端, 輸出電壓輸出電壓 uo實際運放均有電源端、公共端實際運放均有電源端、公共端(接接地點地點)端鈕，這些

5、端子在電路符號端鈕，這些端子在電路符號圖中都不畫出，而只有圖中都不畫出，而只有a,b,o三端。三端。(其中參考方向如圖所示，每一其中參考方向如圖所示，每一點均為點均為對地對地的電壓的電壓 ，在接地端未，在接地端未畫出時尤須注意。畫出時尤須注意。)A：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達十幾萬倍可達十幾萬倍+_+u+u-+_uoao+_udud_+A+b+_ududu+u-uo_+A+abo電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 圖中圖中“三角形：三角形： ”符號符號表示表示“放大器放大器”，A 表示表示放大倍數(shù)放大倍數(shù)。Auuo Auuo輸出電壓輸出電壓u0與與輸入電壓輸入電壓u-極性極性

6、相反相反輸出電壓輸出電壓u0與與輸入電壓輸入電壓u+極性極性相同相同_+ +Au+u-abOu0實際運放的符號：實際運放的符號：電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 設(shè)在設(shè)在 a,b 間加一電壓間加一電壓 ud =u+- -u- -，則可得輸出則可得輸出uo和輸入和輸入ud之間的之間的轉(zhuǎn)移特性曲線如下：轉(zhuǎn)移特性曲線如下：Usat- -UsatUds- -UdsuoudO分三個區(qū)域：分三個區(qū)域：線性工作區(qū)：線性工作區(qū)：|ud| Uds, 則則 uo= Usatud0反向飽和區(qū)反向飽和區(qū) ud0電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 運放線運放線性運用性運用信號的放大、運算信號的放大、運算恒壓源、恒

7、流源電路恒壓源、恒流源電路在運放的在運放的線性應用線性應用中，運放的中，運放的輸出輸出與與輸輸入入之間加了之間加了負反饋，負反饋，運放工作于運放工作于線性狀態(tài)。線性狀態(tài)。理想運放的符號：理想運放的符號：_+ + u+u-abOu0電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 一、比例運算器一、比例運算器運放開環(huán)工作極不穩(wěn)定，一般外部接若干元件運放開環(huán)工作極不穩(wěn)定，一般外部接若干元件(R、C等等)，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。+_uo_+A+_uiR1RfRL12R1RinRfRoAu1+_+_u1+_uo+_uiRL運放等效電路運放等效電路215-2含有理想運放的電路含有理想運放的電路的

8、分析的分析 -信號運算電路信號運算電路1、反相比例器、反相比例器電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 i1n22n12in1)(uGuGuGGG因因A一般很大，上式中分母中一般很大，上式中分母中G2(AGo- -G2)一項的值比一項的值比(G1+ Gin + G2) (G1+ GO + GL)要大得多。所以，后一項可忽略，得要大得多。所以，后一項可忽略，得 i12i21ouRRuGGu此近似結(jié)果可將運放看作理想情況而得到。此近似結(jié)果可將運放看作理想情況而得到。R1RinR2RoAu1+_+_u1+_uo+_uiRL運放等效電路運放等效電路21n2ouu 1n2L2n12)(AuGuGGGuGO

9、O對結(jié)點對結(jié)點列出結(jié)點電壓方程：列出結(jié)點電壓方程：附加方程：附加方程：n11uu iLO22in12O22O221n2o)( )()()(uGGGGGGGAGGGAGGGGuu聯(lián)立求解上列方程，得：聯(lián)立求解上列方程，得：表明表明 uo / ui只取決于反饋電阻只取決于反饋電阻R2與與R1比值負比值負號表明號表明uo和和ui總是符號相反總是符號相反(反相比例器反相比例器)。電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 由理想運放構(gòu)成的反相比例器：由理想運放構(gòu)成的反相比例器：+_uo_+ +_uiR1R2RLi1i2i- -u- -u+i1= ui/R1i2= - -uo /R2 i12o uRRu(1)

10、 當當 R1 和和 R2 確定后，為使確定后，為使 uo 不超過飽和電壓不超過飽和電壓(即保證即保證工作在線性區(qū)工作在線性區(qū))，對，對ui有一定限制。有一定限制。(2) 運放不工作在開環(huán)狀態(tài)運放不工作在開環(huán)狀態(tài)(極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū)極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū))，都工作在閉環(huán)狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。都工作在閉環(huán)狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。( R2 接在輸出端和反相輸入端接在輸出端和反相輸入端,稱為負反饋。稱為負反饋。 )注意：注意：電位為電位為0，虛地。，虛地。21RuRuoi120RRuuAi0uu虛短虛短虛斷虛斷i+=i-=0i1=i2電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 反相比例器的對外

11、等效電路：反相比例器的對外等效電路：相當于一個壓控電壓源。相當于一個壓控電壓源。當當 R2=R1 時，組成反相器，如下圖：時，組成反相器，如下圖：y = - -x- -1xy+_u1i1+_uoi2VCVS u1+_ =- -R2/R1電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 當當R1=R2時，時， A= -1反相器（反號器）反相器（反號器）120RRuuAi_+ + R2R1RPuiuo_+ + RRRPuiuo反相比例運算放大器反相比例運算放大器uo = -ui電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 2.同相比例運算放大器同相比例運算放大器1RuRuuiFioiFouRRu)1 (1同相輸入沒有

12、同相輸入沒有虛地概念。虛地概念。_+ + RFR1R2uiuoi1ifu-= u+= ui虛短虛短虛斷虛斷if=i1 ( I+=I- =0)電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 _+ + RFR1R2uiuoiFouRRu)1 (1)1 (1RRuuAFioA總是大于等于總是大于等于1當當1R或或RF=0時時A=1成為成為同號器（電同號器（電壓跟隨器）壓跟隨器）iouuuu_+ + uoui此電路此電路輸入電阻大輸入電阻大，輸出電輸出電阻小阻小，電壓跟隨電壓跟隨性能好性能好。電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 電壓跟隨器電壓跟隨器特點：特點： 輸入阻抗無窮大輸入阻抗無窮大(虛斷虛斷)； 輸出

13、阻抗為零；輸出阻抗為零；應用：在電路中起隔離前后兩級電路的作用。應用：在電路中起隔離前后兩級電路的作用。 uo= ui。iouuuu_+ + uoui電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 例例12122uRRRu 12122uRRRu 可見，加入跟隨器后，隔離了前后兩級電路的相互影響?？梢?，加入跟隨器后，隔離了前后兩級電路的相互影響。R2RLR1+_u2+_u1_+ +_uiR1R2RL+_u2電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 1 反相求和運算放大器：反相求和運算放大器：_+ + R2R11R12ui2uoRPui1i11i12iF)uRRuRR(u2i1221i1120 當當R11=R1

14、2=R2時時)uu(u2i1io 0uu F1211iii (虛短虛短)(虛斷虛斷)二二. 加法運算：加法運算：（也可用疊加定理求出）也可用疊加定理求出）20122111RuRuRuii電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 三個數(shù)的加法器三個數(shù)的加法器比例加法器：比例加法器：y =a1x1+a2x2+a3x3 ，符號如下圖：，符號如下圖：ui1/R1+ ui2 /R2+ ui3 /R3 =- -uo /Rfuo= - -(Rf /R1 ui1 +Rf /R2 ui2+Rf /R3 ui3)u- -= u+=0 (虛短虛短)i- -=0 (虛斷虛斷)+_uo_+ +R2Rfi- -u+u- -R

15、1R3ui1ui2ui3a1a2a3- -1- -yyx1x2x3電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 2 同相求和運算放大器：同相求和運算放大器：uRRuRRuFFo)1 ()1 (11u+ ui1 、ui2？22221211222122iiuRRRuRRRuR1RF+u i1+_uoR21R22ui2-iFi1i21i22 uuFii 1(虛短虛短)(虛斷虛斷)02221ii(虛斷虛斷)FoRuuRu10222211RuuRuuii2222121122212211iiFouRRRuRRRRRu電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 請?zhí)貏e注意，同相求和電路的請?zhí)貏e注意，同相求和電路的兩兩個輸

16、入信號個輸入信號的的放大倍數(shù)放大倍數(shù)互相影響，互相影響，不能不能單獨調(diào)整。單獨調(diào)整。電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 三、三、 減法運算放大器減法運算放大器（差動輸入）（差動輸入）_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1211RuuRuuoi212RuRuui)(1212iiouuRRu解出：解出： uu(虛短虛短)0ii(虛斷虛斷)電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 應用舉例：應用舉例：tui0四、四、 積分運算：積分運算：Ruii1dtduCioFdtuRCuio1tuo01、輸入輸入方波，方波，輸出是輸出是三角波。三角波。iFi1ui-+RR1Cuo0uuFii 1(虛短虛短)(

17、虛斷虛斷)電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 2、如果如果積分器積分器從某一時刻輸入從某一時刻輸入一直流一直流電壓，電壓，輸出將輸出將反向積分，反向積分，經(jīng)過一定的時經(jīng)過一定的時間后間后輸出飽和。輸出飽和。tui0tuo0toUdtRCu01U-UomMomUTRCU1URCUTomMTM積分時限積分時限電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 五、五、 微分運算：微分運算：FoFiRuidtduCi1dtduCRuiFo1ui+uoRFR1 i1iFCRFC1稱為微分時間常數(shù)稱為微分時間常數(shù)0uuFii 1(虛短虛短)(虛斷虛斷)電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 五、多運放電路的分析計算五

18、、多運放電路的分析計算例例1、求右圖多運放電路的輸出、求右圖多運放電路的輸出uo與輸入與輸入ui1和和ui2的關(guān)系式的關(guān)系式1 iauu 2ibuu WbaWooRuuRRuu221WiiRuu2112oouu)(212iiWWuuRRR uu0ii(虛短虛短)(虛斷虛斷)解：解：1.對綠框內(nèi)電路部分對綠框內(nèi)電路部分根據(jù)理想運放的兩個假設(shè)根據(jù)理想運放的兩個假設(shè))(1212ooouuRRu)(21212iiWWuuRRRRRou所以：所以：2. 綠框外電路部分為綠框外電路部分為:減法運算放大器減法運算放大器（差動輸入）（差動輸入）電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 例例2 設(shè)設(shè)R5=R6，試求

19、試求u0 /ui 。解：解：根據(jù)根據(jù)“虛斷虛斷”: i-=i+=0, 列結(jié)點列結(jié)點 和和的結(jié)點電壓方程視的結(jié)點電壓方程視 為電壓源為電壓源u0040611641111111uRuRuRu)RRR(in 030522532111111uRuRuRu)RRR(in 根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”，un1=un2=0,得得:011104061 uRuRuRi011103052 uRuRuRi403021RuRuRuRuii 43210GGGGuui 由于由于R5=R6,則則:電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 5.3 集成運放的應用集成運放的應用*電壓源、電流源與電壓、電流的測量電壓源、電流源與電壓、電流的

20、測量一、電壓源：一、電壓源：要求輸出電阻小要求輸出電阻小電路電路組成組成反向比例放大器反向比例放大器同相比例放大器同相比例放大器5.3.1 電壓源，電流源電壓源，電流源電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 1.同相比例運算放大器組成的電壓源同相比例運算放大器組成的電壓源_+ + RFR1R2uiuoiFouRRu)1 (1同相輸入沒有同相輸入沒有虛地概念。虛地概念。i1if同相比例放大器組成的同相比例放大器組成的電壓源的輸出大于輸入。電壓源的輸出大于輸入。一、電壓源：一、電壓源：電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 _+ + R2R1RPUoUs2. 反向比例放大器組成的電壓源反向比例放大器組

21、成的電壓源sFuRRu10反相比例放大器組成的反相比例放大器組成的電壓源輸出可以小于輸入電壓源輸出可以小于輸入。一、電壓源：一、電壓源：電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 _+ + R2R1RPUsRFRLFILsFURRU12SFFFFFLURRRRURRUI122/二、電流源：二、電流源：RFR2反向比例放大器組成的電流源（反向比例放大器組成的電流源（1）電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 _+ + RLR1RPuous反向比例放大器組成的電流源（反向比例放大器組成的電流源（2）11RuiiSL負載負載RL的電流的電流iL與負載的大小無關(guān)與負載的大小無關(guān)。i1iL二、電流源：二、電流源

22、：電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 5.3.2 電壓、電流與電阻的測量：電壓、電流與電阻的測量：指針式萬用表的缺點：指針式萬用表的缺點：（1）不能測量微小電壓；）不能測量微小電壓；（2）Rg不是不是0或或 ，因此引起誤差，因此引起誤差；（3）作交流測量時，表盤刻度是非線性的，）作交流測量時，表盤刻度是非線性的，影響精度。影響精度。電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 輸入電阻大，相輸入電阻大，相當于電壓表的內(nèi)當于電壓表的內(nèi)阻是無窮。阻是無窮。If正比于正比于UX直流電壓的測量電路（直流電壓的測量電路（1）_+ + R1RMUxIfI1A 1111RURuRuIIXf表頭內(nèi)阻表頭內(nèi)阻選用：選用：If=100 A，R1=10 ，則：則： UX=If R1=1mV用量程為用量程為100 A的電流表的電流表可用作可用作量程量程為為1mV的的電電壓表。壓表。電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換 此電路的優(yōu)點此電路的優(yōu)點1、能測量較小的電壓；、能測量較小的電壓；2、輸入電阻高，對被測電路影響??；、輸入電阻高，對被測電路影響??；3、 If 與與RM無關(guān)，表頭的互換性好；無關(guān)，表頭的互換性好；4、R小，可以做得較精密。小，可以做得較精密。RUIXf直流電壓的測量電路（直流電壓的測量電路（1