第五章含有運(yùn)算放大器的電阻電路

1、第五章第五章 含有運(yùn)算放大器的電阻電路含有運(yùn)算放大器的電阻電路5-1 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型5-2 比例電路的分析比例電路的分析5-3 含有理想運(yùn)算放大器的電路的分析含有理想運(yùn)算放大器的電路的分析v 重重 點(diǎn)點(diǎn)1 1、理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器的特性的特性2 2、含、含理想理想運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器電路的分析電路的分析v 難點(diǎn)難點(diǎn)理想理想運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器電路的計(jì)算電路的計(jì)算一、一、 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型1、 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 一種高增益一種高增益(可達(dá)幾萬(wàn)倍甚至更高可達(dá)幾萬(wàn)倍甚至更高)、高輸入電阻、低輸、高輸入電阻、低輸出電阻的放大器。出電阻的放大

2、器。 由于它能完成加法、減、乘、除、積分、微分等數(shù)學(xué)運(yùn)由于它能完成加法、減、乘、除、積分、微分等數(shù)學(xué)運(yùn)算而被稱為運(yùn)算放大器，然而它的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上述范圍。算而被稱為運(yùn)算放大器，然而它的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上述范圍。1) 定義：定義：2) 電路符號(hào)：電路符號(hào)： + A + _ u- Au u+ u0 + _ a u- A 0 u+ b u0 + + _ 波形的產(chǎn)生波形的產(chǎn)生矩形波、鋸齒波、三角波等矩形波、鋸齒波、三角波等信號(hào)的測(cè)量信號(hào)的測(cè)量主要用于測(cè)量信號(hào)的放大主要用于測(cè)量信號(hào)的放大 a u- A 0 u+ b u0 + + _ 其中：其中： 用用“+、-”標(biāo)出同向標(biāo)出同向(反向反向)輸入端，不表示輸入

3、電壓參輸入端，不表示輸入電壓參考極性。輸入電壓的正負(fù)極性另外標(biāo)出?？紭O性。輸入電壓的正負(fù)極性另外標(biāo)出。o : 為輸出端為輸出端b : 為同向?yàn)橥?非倒向非倒向)輸入端輸入端a : 為反向?yàn)榉聪?倒向倒向)輸入端輸入端用用“-”標(biāo)出標(biāo)出用用“+”標(biāo)出標(biāo)出2、等效電路、等效電路如圖所示：如圖所示： a R0 u- + + Rin - A(u+ u-) uo u+ b - 1) 輸入端口擬斷開(kāi)輸入端口擬斷開(kāi)端口特性介紹端口特性介紹(工程情況工程情況)： a R0 u- + + Rin - A(u+ u-) uo u+ b - 2) 輸出端口特性輸出端口特性:0,1 inRiniR兆)(,10000

4、 uuAuRA 幾萬(wàn)幾萬(wàn)上百萬(wàn)上百萬(wàn),故故,100左右Vu)(0uuAu0)( uu uu3)輸入端口電壓輸入端口電壓0)(uuud差動(dòng)輸入差動(dòng)輸入3、理想運(yùn)算放大器、理想運(yùn)算放大器4) 應(yīng)用電路符號(hào)：應(yīng)用電路符號(hào)：3) 端口關(guān)系：端口關(guān)系：2) 等效電路：等效電路：如圖所示如圖所示1) 定義：定義： inR0)(0 uuAu00R A a R0 u- + + Rin - A(u+ u-) uo u+ b - a o u- + + _ A(u+ u-) uo u+ b - 0 ai當(dāng)當(dāng)a接地時(shí)：接地時(shí)： Auu0當(dāng)當(dāng)b接地時(shí)：接地時(shí)： Auu0 a u- 0 u+ b u0 + + _ 二、理

5、想運(yùn)算放大器電路分析二、理想運(yùn)算放大器電路分析理想運(yùn)算放大器電路分析理想運(yùn)算放大器電路分析端口特性的兩條規(guī)則：端口特性的兩條規(guī)則：1) 倒向輸入端和非倒向輸入端的電流為零（虛斷）倒向輸入端和非倒向輸入端的電流為零（虛斷）2) 對(duì)公共端對(duì)公共端(地地)， （虛短）（虛短） uu主要應(yīng)用結(jié)點(diǎn)法，結(jié)合上面的主要應(yīng)用結(jié)點(diǎn)法，結(jié)合上面的兩條規(guī)則兩條規(guī)則分析。分析。 a ia u- 0 u+ b u0 + + _ ib 0 baii0)(uuud例題例題 例例1 1反相比例器反相比例器 R2 i2 1 + 2 u uin - u0 i1 R1 - A + R2 i2 1 R0 2 + + u + Au u

6、in - Rin - u0 - i1 R1 1221211)111(RuuRuRRRinnnin 022012)11(1RAuuRRuRnn uun102uun 2021210120)1)(1(11RRARRRRRRRRuuinin 120RRuuin 當(dāng)當(dāng)A很大，很大，R0很小，很小，Rin很大，再選擇適當(dāng)?shù)暮艽?，再選擇適當(dāng)?shù)腞1和和R2，則有：，則有： 如，當(dāng)如，當(dāng)A=50000，Rin=100歐，歐，R0=100歐，歐，而而R2=100K歐，歐，R1=10K歐，則：歐，則：00022. 11120RRuuin 2021210120)1)(1(11RRARRRRRRRRuuinin 在理想

7、情況下：在理想情況下：故：故：120RRuuin 從而得：從而得： inR00R A21ii 0 uu201RuuRuuin R2 i2 1 + 2 u uin - u0 i1 R1 - A + 可以通過(guò)改變電阻的大小，從而使得電路的比例系可以通過(guò)改變電阻的大小，從而使得電路的比例系數(shù)改變。該電路正是一個(gè)由運(yùn)放構(gòu)成的反相比例器。數(shù)改變。該電路正是一個(gè)由運(yùn)放構(gòu)成的反相比例器。 例例2 2反相器反相器 RF iF 1 i- ui + - uo RB i R - + iouu FRR 011)11(01 uRuRuRRFiF01 uiouu 結(jié)點(diǎn)方程結(jié)點(diǎn)方程例例3 3加法器加法器 ui3 R3 i3

8、 RF i ui2 1 i- ui1 uo i2 i1 R2 R1 - + )(321iiiouuuu FRRRR 321當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 由于由于“虛短虛短”，理想運(yùn)放的輸入電流為，理想運(yùn)放的輸入電流為零零, ,即即 ，所以，所以 0 i321iiii 由于由于“虛斷虛斷”，則節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)1的電位為零。列寫(xiě)方程：的電位為零。列寫(xiě)方程： 333330RuRuiii 222220RuRuiii 111110RuRuiii FoFoRuRui 0 ui3 + R3 i3 RF i ui2 1 i- ui1 + uo i2 i1 R2 R1 - + 帶入方程（帶入方程（KCLKCL方程）方程）:321

9、iiii )(332211RuRuRuRuiiiFo 其實(shí)，該電路正是一個(gè)由運(yùn)放構(gòu)成的反相加法器。其實(shí)，該電路正是一個(gè)由運(yùn)放構(gòu)成的反相加法器。 )(321iiiouuuu 所以：所以：FRRRR 321由此可見(jiàn)，當(dāng)由此可見(jiàn)，當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ui3 + R3 i3 RF i ui2 1 i- ui1 + uo i2 i1 R2 R1 - + 01111)1111(03322111321 uRuRuRuRuRRRRFiiiF01 u)(332211RuRuRuRuiiiFo FRRRR 321由此可見(jiàn)，當(dāng)由此可見(jiàn)，當(dāng) 時(shí)，時(shí)，)(321iiiouuuu ui3 + R3 i3 RF i ui2 1

10、i- ui1 + uo i2 i1 R2 R1 - + 另解：直接法另解：直接法結(jié)點(diǎn)方程結(jié)點(diǎn)方程例例4 4減法器減法器 R2 + R1 u1 a R1 + uo u2 + b R2 - + )(12120uuRRu 2011RuuRuuaa bauu 2212uRRRub )(12120uuRRu 例例5 5電壓跟隨器電壓跟隨器 + iin ui uo - + _ inuu 0電流隔離電流隔離 + R1 ui R2 RL u2 - + _ + R1 u1 R2 RL u2 - 例例6 6積分器和微分器積分器和微分器 iF1 + R ui + uo RB - + dtuRCui10 iF1 C

11、ui uo RB - + dtduRCui10 dtudCdtduCiRuCFi)(01 RudtduCdtduCiiCF01例例7分析較為復(fù)雜的運(yùn)放電路分析較為復(fù)雜的運(yùn)放電路 100k 100kui1 50k 1 uo1 50k 33k RL=10k 2 uo 0.6RL 50k 50k 100k 100kui2 3 uo2 100kui3圖圖 5-10 較較為為復(fù)復(fù)雜雜的的運(yùn)運(yùn)放放電電路路的的分分析析 - + - + - +0321,1,5,3 . 0uuuuViViVi求考慮運(yùn)放考慮運(yùn)放1： 1006 . 0050011oiuu考慮運(yùn)放考慮運(yùn)放2： Vuuuiio13 . 0310310

12、6 . 02111 100k 5V u+ i 100k 1V 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簃Ai02. 0200) 15(Vku302. 01001Vuuo32所以：所以： 100k 100kui1 50k 1 uo1 50k 33k RL=10k 2 uo 0.6RL 50k 50k 100k 100kui2 3 uo2 100kui3圖圖 5-10 較較為為復(fù)復(fù)雜雜的的運(yùn)運(yùn)放放電電路路的的分分析析 - + - + - + 100k 100kui1 50k 1 uo1 50k 33k RL=10k 2 uo 0.6RL 50k 50k 100k 100kui2 3 uo2 100kui3圖圖 5-10 較較為為復(fù)復(fù)雜雜的的運(yùn)運(yùn)放放電電路路的的分分析析 - + - + - +考慮