第7讲_含运算放大器的电阻电路

1、1. 运算放大器(Operational Amplifier)简介：一种直接耦合的高增益集成放大器 双电源，单电源 用途广泛：执行许多线性和部分非线性工作。用于模拟计算机、V/I或I/V转换器、直流仪表放大器、有源 滤波器等。 输入级输入端中间级输出级输出端偏置电路13. 运算放大器的端电压 a+_ Audo+u b +US_-+_u+Uuo_+ S_a： 反相输入端（inverting input），输入电压 u-。b： 同相输入端（noninverting input） ，输入电压 u+。o： 输出端（output），输出电压 uo。 : 公共端（接地端）。 A：开环电压放大倍数（open

2、-loop gain）。 2. 电路符号 正电源 反相输入 输出a同相输入-o+ +b负电源 主要外部端子电路符号 例子：mA741接调零电位器18闲置端（NC）18反相输入端27正电源端27同相输入端36输出端36负电源端45接调零电位器45管脚排列图732实物图64内部电原理图155.1 运算放大器和它的静态特性u 本章重点 运算放大器的静态特性 含运算放大器的电阻电路分析 返回目录 第7讲本章重点 5.1 运算放大器和它的静态特性 5.2 含运算放大器的电阻电路分析 第5章 含运算放大器的电阻电路26. 理想运算放大器 在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理： A uo为有限值，则u

3、d=0 ,即u+=u-，两个输入端之间相当于短路(虚短路)； Ri 、Ro0, i+=0 , i-=0。 即从输入端看进去，元件相当于开路（虚开路）。 i+uo 正向饱和区 u- _ _ Usatud0ud+uu +uod+0i- -Usat反向饱和区 ud0理想运放的电路符号理想运放的静态特性 返回目录+u_S+RuiuoLRS_+udu +uo电压放大倍数： A = o_uui输入电阻： 从ui两端向输出端看的等效电阻(接或不接负载)输出电阻： 从uo两端向输入端看的等效电阻（uS短路）Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua U

4、niversity 2011电压型信号处理电路_ A+电压型信号处理电路3个最重要的性质5. 电路模型 _u- _Aud+ uou-u+ + +-)u+Ri：运算放大器两输入端间的输入电阻，通常为1061013 。Ro：运算放大器的输出电阻，通常为10100 。 RiRo+-A(u+-u当放大器工作在线性区时（以下讨论均设为该假定），端电压关系式中不出现直流电源电压。在电路符号中去掉电源端，以简化符号。 i+_Aioi-+注意： 端电流仍是 i+ i-+ io+ ius+ ius-= 0i+ i-+ io = 04. 运算放大器的端电流 i +ius+ _ A + i oU_ S_ius-US

5、+i+i-+ io+ ius+ius-=0运算放大器的静态特性 ：描述输出电压uo和输入端电压ud关系。 uo 近 似 特性分三个区域讨论 Usat ud=u+-u-实际特性 -Uds线性工作区 0 Uu|ud| Uds, 则 uo= Usat-Usat反向饱和区 ud- Uds, 则 uo= -Usat这里Uds是一个数值很小的电压。当Usat =14V (Usat一般小于工作电源电压）、 A =105时， Uds= 0.14mV。 32. 同相放大器（noninverting amplifier） Riu+ i+ +i+u-+uiuou+= u-= ui_Ri = i = 0R21_+ -

6、 u =R2uiR1 + R2 ou = R1 + R2 u = (1 + R1)uoRiRi22由理想运放构成的反相比例器： i2Rfi1 R1i- _ “虚短”： u+ = u- =0，i1= ui /R1ui2= -uo /Rf+-+ “虚断”： i = 0，i =0， i = i ui_u+ +RL uou-+2 1_ i = - u 即 : u = R uo- fRRoRi1f1注意： （1） 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。 （2） 运放不能工作在开环状态（极不稳定，振荡在饱和）， 一般工作在闭环状态，输出电压由外电路

7、决定。 看仿真u = u = - G1Gf ( AGo - Gf )uon2Gf G f( AG o - G f) + (G1 + Gi + G f) (G f + G o + G L) i因A 一般很大，上式分母中Gf（AGo-Gf） 一项的值比 （G1+ Gi + Gf）（G1+ Gi + Gf）要大得多。所以，后一项 可忽略，得 上式表明 uo / ui只取决于反馈电阻Rf与R1比值，负号表明uo和ui总是符号相反（反相比例器）。 此近似结果可将运放看作理想情况而得到。 u - G1 u = - Rf uoG iR if1用节点电压法分析（电阻用电导表示） Rf(G1+Gi+Gf)un1

8、-Gf un2=G1uiR1 un1un2-Gf un1+(Gf+Go+GL)un2 =GoAu1+-u Ro+u = -uuR1Ru1n1i _i + Au+L _o1整理，得_(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui运放等效电路 -(Gf -GoA)un1+(Gf+Go+GL)un2 =0解得 u = u = - G1Gf ( AGo - Gf )uon2Gf G f( AG o- G f) + (G1 + Gi + G f) (G f + G o + G L) iRfRfu-uuuou u+ -o负反馈正反馈 RfRfR1_ AR1 12+1+2 +- Ro+u+uR u1Ru

9、_iRL uoi _i +Lo _ Au1_运放等效电路 + + A+- _ A+以下分析中均假设运算放大器工作在线性区，为此须引入负反馈。 1. 反相比例器（inverting amplifier） Rf反馈：将放大电路的输出量通过 R1_ A一定的方式引回到输入端来 1+2影响输入量，称为反馈；若 +反馈的结果是输出量的变化 ui+Ru减少，则称为负反馈，否则 _L _ o称为正反馈。 5.2 含运算放大器的电阻电路分析4R2u2单独作用：同相比例电路RiR + R1 u +u = 12 u+- oRi-+1u+ +R + RRR1= 12 2 u+uoRR + R u 2R2_2_112

10、= R2 u R21u1、 u2共同作用时 u = u + u = - R2 u + R2 u = R2 (u - u )oooR 1R 2R21111实现了减法运算 R25. 减法器（difference amplifier） R1 u i+ _ - +i- +uR1u+_1+uu2_R2o_R2叠加计算： u 单独作用：反相比例器R1 u i+1- u = - R2 u+oR 1u_1 1i- +R1u+Ruo2_4. 加法器（summing amplifier）u = u = 0i1 R1ifRf-+i Rii- = i+ = 022- _i + i + i = i+ i Ru-+ 12

11、3fu133 i+uuuuu2 +u+ 1 + 2 + 3 = - o _ _ u_uoRRRR3_123fu = -( Rf u + Rf u + Rf u )oR 1 R 2 R 3123若 R1 = R2 = R3 = Rf则 uo = -(u1 + u2 + u3 )实现了加法运算 例R1+RuRRuu 2u_12L_22R + R 112_R1+ RuRuu =2 uiR2L22 R + R 1_12可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。 3. 电压跟随电路（voltage follower） +_+uo = uiui uo_特点： 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。 RiRf+ +R1+_+_ uiu+_R Roui+uo 21_ _ 电压放大倍数 输入、输出电阻 u = - Rf u = - KuoR ii 1u = (1 + R1 )u = KuoR ii 2同相比例器与反相比例器的比较57. 电流源