邱关源电路第五版课件第5章.ppt
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邱关源电路第五版课件第5章.ppt
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本章重点,重点,1.理想运算放大器的外部特性2.含理想运算放大器的电阻电路分析3.一些典型的电路,返回,运算放大器,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。
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。
5-1运算放大器的电路模型,1.简介,下页,上页,返回,应用,信号的运算电路,下页,上页,比例、加、减、对数、指数、积分、微分等运算。
产生方波、锯齿波等波形。
信号的处理电路,信号的发生电路,有源滤波器、精密整流电路、电压比较器、采样-保持电路。
返回,电路,下页,上页,频带过窄。
线性范围小。
扩展频带。
减小非线性失真。
优点:
高增益。
输入电阻大,输出电阻小。
返回,缺点:
下页,上页,集成运算放大器,返回,符号,8个管脚:
2:
倒向输入端3:
非倒向输入端4、7:
电源端6:
输出端1、5:
外接调零电位器8:
空脚,单向放大,下页,上页,返回,电路符号,a:
倒向输入端,输入电压u,b:
非倒向输入端,输入电压u+,o:
输出端,输出电压uo,在电路符号图中一般不画出直流电源端,而只有a、b、o三端和接地端。
图中参考方向表示每一点对地的电压,在接地端未画出时尤须注意。
A:
开环电压放大倍数,可达十几万倍。
:
公共端(接地端),下页,上页,注意,返回,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:
2.运算放大器的静特性,下页,上页,返回,分三个区域:
线性工作区:
|ud|则uo=Aud,正向饱和区:
反向饱和区:
ud则uo=Usat,ud-则uo=-Usat,是一个数值很小的电压,例如Usat=13V,A=105,则=0.13mV。
下页,上页,注意,返回,3.电路模型,输入电阻,输出电阻,当:
u+=0,则uo=Au,当:
u=0,则uo=Au,4.理想运算放大器,下页,上页,在线性放大区,将运放电路作如下理想化处理:
A,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)。
Ri,i+=0,i=0。
即从输入端看进去,器件相当于开路(虚断路)。
Ro0,返回,5-2比例电路的分析,1.倒向比例器,运放开环工作极不稳定,一般外部接若干元件(R、C等),使其工作在闭环状态。
下页,上页,返回,用结点法分析(电阻用电导表示),(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui,-Gfun1(Gf+Go+GL)un2=GoAu1,u1=un1,整理,得,(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui,(-Gf+GoA)un1(Gf+Go+GL)un2=0,解得,下页,上页,2.电路分析,返回,因A一般很大,上式分母中Gf(AGo-Gf)一项的值比(G1+Gi+Gf)(Gf+Go+GL)要大得多。
所以,uo/ui只取决于反馈电阻Rf与R1的比值,而与放大器本身的参数无关。
负号表明uo和ui总是符号相反(倒向比例器)。
下页,上页,表明,返回,根据“虚短”:
根据“虚断”:
u+=u-=0,i1=ui/R1i2=-uo/Rf,i-=0,i2=i1,下页,上页,以上近似结果是将运放看作理想情况而得到。
由理想运放的特性:
注意,返回,当R1和Rf确定后,为使uo不超过饱和电压(即保证工作在线性区),对ui有一定限制。
运放工作在开环状态极不稳定,振荡在饱和区;工作在闭环状态,输出电压由外电路决定。
(Rf接在输出端和反相输入端,称为负反馈。
),下页,上页,注意,返回,下页,上页,5-3含有理想运算放大器的电路的分析,根据理想运放的性质,抓住以下两条规则:
(a)倒向端和非倒向端的输入电流均为零“虚断(路)”;(b)对于公共端(地),倒向输入端的电压与非倒向输入端的电压相等“虚短(路)”。
1.分析方法,合理地运用这两条规则,并与结点电压法相结合。
返回,加法器,比例加法器:
y=a1x1+a2x2+a3x3,符号如下图:
ui1/R1+ui2/R2+ui3/R3=-uo/Rf,uo=-(Rf/R1ui1+Rf/R2ui2+Rf/R3ui3),下页,上页,2.典型电路,返回,非倒向比例器,uo=(R1+R2)/R2ui=(1+R1/R2)ui,(uo-u-)/R1=u-/R2,根据“虚短”和“虚断”,uo与ui同相。
当R2=,R1=0时,uo=ui,为电压跟随器。
输入、输出关系与运放本身参数无关。
下页,上页,结论,返回,电压跟随器,输入电阻无穷大(虚断)。
输出电阻为零。
应用:
在电路中起隔离前、后两级电路的作用。
uo=ui。
电路A,电路B,下页,上页,特点,返回,分压电路,可见,加入跟随器后,隔离了前后两级电路的相互影响。
下页,上页,返回,减法运算,i1=if,解得,下页,上页,返回,求输出电压uo。
解,下页,上页,例3-1,倒向比例电路,返回,求输出电压uo。
解,下页,上页,例3-2,化简电路,返回,例3-3,求输出电压uo。
解,下页,上页,返回,设计一个用运放和电阻组成的电路,其输出电压为,2xyz。
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。
例3-4,解,下页,上页,返回,上页,解,返回,
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- 邱关源 电路 第五 课件