第5章含有运算放大器的电阻电路Word下载.docx
- 文档编号:21842640
- 上传时间:2023-02-01
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:149.82KB
第5章含有运算放大器的电阻电路Word下载.docx
《第5章含有运算放大器的电阻电路Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第5章含有运算放大器的电阻电路Word下载.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
93
415
图5.2
在分析运算放大器的放大作用时,
5.3所示的符号,其中:
a端:
反向输入端。
由此端输入电压b端:
同向输入端。
由此端输入电压o端:
输岀端,输岀电压uo
图5.3
在电路符号图中一般不画岀偏置电源端,采用图u-,则输岀信号和输入信号是反向的。
u+,则输岀信号和输入信号是同向的。
图中A表示开环电压放大倍数,可达十几万倍。
需要注意的是:
不要把图中a端和b端的“”号和“+号误认为电压参考方向的正负极性,如图所示,电压参考方要另外标岀,均为对地的电压,当在接地端未画岀时尤须注意。
2.运算放大器的静特性
在a,b间加一电压ud=u+-u-,可得输
出Uo和输入Ud之间的转移特性曲线如
下:
在运算放大器的输入端a加电压"
-,输入端b加电压淖,如图5.3所示,可得输岀%和输入电压的关系:
=/!
(«
*-iT)=Ang
乜和々之间的传输特性曲线如图5.4所示,也称为运算放大器的外椅性。
其传输特性可分三
个区域:
1线性工作区:
此时叫|£
则私0=/窓&
2正向泡和区:
此时叫>
£
则%=Usat
3反向饱和区:
此时<
-£
则UQ=-Usat
式中堤一个数值很小的电压,例如^at=13V,A=105时,则e=0.13nV。
图5.4
运算放大器可工作在线性区,也可工作在饱和区,但分析的方法不一样。
当运算放大器工作在线性区时是一个线性放大元件,本章把运算放大器的工作范围限制在线性区。
―O^~一►a
-E
严舱/!
实际待性
17
°
'
础H1V
%1
5.2含运算放大器的电路分析
运算放大器开环工作极不稳定,一般外部接若干元件(R、C等),将输岀的一部分接回(反
馈)到输入中去,使其工作在闭环状态。
1.反向(倒相)比例器
如果输入信号从运算放大器的反向输入端引入,便是反向运算。
图5.6是反向比例运算电
路。
输入信号Ui经电阻Ri送到反向输入端,而同向输入端接地,输岀电压通过电阻Rf反馈到
■①贰②
+
+YI鬥
图5.7
输入电路中。
应用运算放大器电路模型,图5.6电路可用图5.7表示。
图5.6
(1)应用结点法分析法:
(电阻用电导表示)得结点①和②的结点方程:
(G]+q+G^Xi-©
%=6禺
-Gf%+(G(+G。
+G/)叫=(?
『4珂
Il—x
从中解得:
因A—般很大,上式分母中Gf(AG°
-Gf)—项的值比(Gi+Gi+Gf)(G°
+GL+Gf)要大得多。
所以,
后一项可忽略,得(八
Uo和
表明uo/ui只取决于反馈电阻Rf与冃比值,而与放大器本身的参数无关。
负号表明
Ui总是符号相反(反相比例器)。
⑵根据理想运放的特性分析:
根据理想运算放大器的特点,
以上近似结果可以通过将运放看作理想运算放大器而得到
分析时遵循以下两条规则:
?
放大器的反向端和同向端的输入电流均为零,称之为
虚断路”;
放大器的反向端和同向端的输入电压相等,称之为
虚短路”;
合理运用这两条规则,将使分析简化。
¥
_>
00
12
对图5.8所示的反向比例电路应用以上两条规则有:
(a)根据虚短”:
(b)根据虚断”:
■■■+
!
=I=0?
图5.8
例5-1求图示含理想运算放大器电路的输岀电压Uo
例5-1图解:
这是一个反向比例电路,
根据虚短”和虚断”的规则有:
4叮2R
所以"
*
例5-2求图示含理想运算放大器电路的输岀电压Uo
O«
vR才+
例5-2图(a)
解:
首先应用戴维宁定理把理想运算放大器输入端的电路化简,
如图(b)所示,
3/2/?
十人
3V0寸
R
十
u
例5-2图(b)
_2_=上
L5KK所以"
一」
5.3运算放大器在信号运算方面的应用
运算放大器可以完成比例、加减、积分与微分以及乘除等运算,下面给岀其中几种运算电路。
1.加法运算
如果在反向输入端增加若干输入电路,如图
5.9所示,就构成反向加法运算电路。
分析过
程如下:
⑻根据虚短”u—u—0
i2=—
hRi
%」
*Rz
—0°
所以电流
(b)根据虚断”
图5.9加法运算电路
RRfR,
气1十码2十地3n11n土n
I场坨冬
图5.10为比例加法器运算流程,可表示为
图5.10比例加法运算
2.正相(同向)比例器
如果输入信号从同向输入端输入电路,
如图5.11所示,就构成同向比例运算。
分析过程如下:
&
屮
<
■
—
丄
(a)根据虚短
(b)根据虚断”/=r=o
if
■&
Rl
图5.11正相比例器
所以
以上结果说明
(1)输岀电压Uo与输入电压Ui同相;
⑵当R2=x,r1=o时,uo=Ui,构成电压跟随器;
(3)输入、输岀关系取决外接电阻,而与运放本身参数无关。
3.电压跟随器
5.13所示。
如果同向比例电路中的电阻R2=b,R1=0,就构成图5.12所示的电压跟随器。
其特点为输出电压等于输入电压。
在电路中电压跟随器起隔离前后两级电路的作用,如图
图5.12电压跟随器
[>
电
©
~+++
路
%
A
B
图5.13
例如图5.14由电阻Ri和R2构成的分压电路,输岀电压
UpM
如果接入负载电阻Rl,输岀电压变为
如把分压电路和负载之间加入跟随器如图
5.15所示,则输岀电压u2不受负载电阻的影响,
即负载电阻的作用被隔离”了
图5.14分压电路
Ri
+■十
-[>
■+
wi局
图
5.15
4.减法运算
如果运算放大器的两个输入端都有信号输入如图
5.16所示,称为差动输入,构成减法运算。
-[>
8
图5.16减法运算电路
根据虚短”和虚断”
u=u
r=r=ol
玛I—花fl
因此
如果把反向比例运算电路中的反馈电阻
録—%一*比
讥
RfRf
解得
*o=(%~*il)肓
则有
即输出电压与输入电压的差值成正比。
5.积分运算
Rf用电容C代替,就构成积分运算电路,如图5.17
所示。
图5.17积分运算电路
分析过程如下:
根据虚短”和虚断”u=u=0I—I=04=屯
叫严他1f尿
—=-C—碍二\^dt
所以/
即输岀电压与输入电压的积分成比例。
上式中的RC称为积分时间常数。
积分电路除用于信号运算外,在控制和测量系统中也应用广泛。
6•微分运算
把积分运算电路中的R与C互换位置,就构成微分运算电路,如图5.18所示。
Cj
**十
气
++
比、
-—
O
图5.18微分运算电路
:
«
=«
+=oi=/*=o
uHudu
即输岀电压与输入电压对时间的一次微分成比例。
7.有源滤波器
滤波器是一种选频电路,选出有用的信号,抑止无用信号,使一定频率范围内的信号能顺利通过,衰减很小,而在此频率范围以外的信号不易通过,衰减很大,因为运算放大器是有源元件,所构成的滤波器称为有源滤波器。
*■
1补七
图5.19有源低通滤波器电路
根据虚短”和虚断”:
"
=掘
ITu-H
所以-
流过电阻R2的电流为
dur
R2C——+%=%
整理得
叫r=r=o:
产if=(1+—)w+
。
R,
C—
at
设―〃
c=«
解得:
cos(trf-90°
+0)
J(«
C®
)3+1
碍cos(fi/-90°
+&
}
=(1+——)——,—
艮J(RC^y+1
当3=0有
7
饥有
%|=(1+中”血
图5.20为电路的幅频特性曲线,其中
他称为截至角频率。
U。
例5-3求图示含理想运算放大器电路的输岀电压
6V
一[>
3\
例5-3图
图中左边两个运放是电压跟随器,由电压跟随器的性质得输出电压:
=67u2=3V
m;
=m4=m/2=1,5K
R~-£
-
一一乩+_斗-0+'
—JI
例5—4求图示电路中输岀电压与输入电压的关系
例5-4图解:
_=«
+=0I=0
所以““
—积分调节器用于控制
注:
本例电路是由反向比例运算和积分运算组合而成,称为比例系统中起稳定作用例5—5求图示电路中输岀电压与输入电压的关系
例5—5图
根据“虚短”和“虚断”的规则有:
it+=O
/=r=o
X屮它+c升违
Rdu
本例电路是由反向比例运算和微分运算组合而成,称为比例一微分调节器用于控制系统中起加速调节作用。
例5—6设计一个用运放和电阻组成的电路,其输岀电压为:
2x—y—z,其中x、y、z分别
表示三个输入电压的值,设x、y、z不超过10V,同时要求每一个电阻的功率不超过0.5W,确定各电阻的值。
本题属于电路设计内容,根据要求的输入一输岀关系,可以有多种电路的实现方案,
本题用下图所示电路来实现。
所以消耗的功率为
10
同向输入端的电阻电流为100园1丄*逆00
-—世
72xjj.10—-<
—3-3
匕玄莎~9X
2xw420
=%=-uK-ny-KT<
—
反馈电阻的电压为400333
P<
所以消耗的功率为皿[门。
R>
若要求每一个电阻的功率不超过0.5W,由以上结果可以得到,9
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 含有 运算放大器 电阻 电路
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)