《电工电子技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第12章 集成运算放大器 12.3 理想集成运算放大器的分析方法

也子我不 第12章集成运算放大器 12.3理想集成运算 放大器的分析方法 1231理想运算放大器 123.2反相输入运算电路的分析方法 123.3同相输入运算电路的分析方法 1234差分输入运算电路的分析方法 123.5非线性电路的分析方法 同同国

12.3 理想集成运算 放大器的分析方法 12.3.1 理想运算放大器 12.3.2 反相输入运算电路的分析方法 12.3.3 同相输入运算电路的分析方法 12.3.4 差分输入运算电路的分析方法 12.3.5 非线性电路的分析方法

也子我不 第12章集成运算放大器 12.31理想运算放大器 在分析运算放大器的电 路时,一般把运算放大器看 成理想元件。 理想化的主要条件: 开环差模电压增益 开环差模输入电阻r1= 开环共模输入电阻r=∞ 开环输出电阻 共模抑制比 CMR CO 回国

理想化的主要条件： 开环差模电压增益 开环差模输入电阻 开环输出电阻 共模抑制比 Aud =  rid =  0 ro = KCMR =  在分析运算放大器的电 路时，一般把运算放大器看 成理想元件。 12.3.1 理想运算放大器 + – + –  u+ u– uo 开环共模输入电阻 ric = 

也子我不 第12 集成运算放大器 运算放大器输出电压与输入电压之间的关系曲 线称为传输特性。 9 un正饱和区 O+ 线性工作区 A 0 0 .=a+-“-Ad很大 当L很小时,运放工作 负饱和区 在线性区。 实际运放电、U0为负、正饱和电压。 压传输特性 回国

运算放大器输出电压与输入电压之间的关系曲 线称为传输特性。 实际运放电 压传输特性 uo ui = u+ − u− o UO+ UO- 线性工作区 正饱和区 负饱和区 ( ) uO = Audui = Aud u+ − u− + – + – +  u+ u– uo Aud 很大 UO- 、UO+为负、正饱和电压。 当 ui 很小时，运放工作 在线性区

也子我不 第12章集成运算放大器 正饱和区 O+ = 0 n=u+-u 理想运放A= 当 u,>u 时 U o+ 负饱和区 u, <u u=U 理想运放传输特性 为了让运放工作在线性区,必须加负反馈, 限制其闭环电压放大倍数

理想运放传输特性 uo ui = u+ − u− o UO+ UO- 正饱和区 负饱和区 ( ) uO = Audui = Aud u+ − u− + – + –  u+ u– uo 理想运放 Aud =  u+  u− u+  u− uO =UO+ uO =UO− 当 时， 为了让运放工作在线性区，必须加负反馈， 限制其闭环电压放大倍数

也子我不 第12 集成运算放大器 工作在线性区的理想运放 o 1.u=u(虚短) 由于A=00,而L是有限值,0= 故从式lo=Aa(4-u.可知(u+--)=0 相当于两输入端之间短路,但又未真正短路,故 称“虚短”。 2.i=i=0(虚断) 运放开环输入电阻而=0 相当于两输入端之间断路,但又未真正断路,故 称“虚断”。 注意:工作在饱和区的理想运放0≠Aa(+-u) 当u1>时, 44<uL时,uo所U

注意：工作在饱和区的理想运放 ( ) uO  Aud u+ − u− 当u+  u− 时，uO =UO+ u+  u− 时，uO =UO− (u+ − u− )= 0 工作在线性区的理想运放 相当于两输入端之间短路, 但又未真正短路，故 称 “虚短” 。 相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故 称 “虚断” 。 2. i+= i– = 0 1. u+= u– ,而uo是有限值, 运放开环输入电阻 rid =  由于 故从式 ,可知 Aud =  ( ) uO = Aud u+ − u− + – + – +  u+ u– uo （虚短） （虚断） i– i+

也子我不 第12 集成运算放大器 123.2反相输入运算电路的分析方法 1.反相比例运算电路 0虚断 R 十 F R U=u1=0虛地lo=-i1R L u 0 R R RR R 平衡电阻R'=R1∥R若R1=R,则lo=-1 输入电阻:r R 回国

12.3.2 反相输入运算电路的分析方法 1. 反相比例运算电路 i − = i + = 0 虚断 1 F i =i u- = u+ = 0 虚地 O FRf u = −i 1 I 1 I 1 R u R u u i = − = − f O f O F R u R u u i = − − = − I 1 f o u R R u = − 平衡电阻 1 f R = R // R 输入电阻: ri 1 1 I i R i u r = = 若 R1 = Rf 则 uO = −uI iF R1 Rf i1 uI R + – – + + – +  u uo + u-

也子我不 第12 集成运算放大器 例124有一电阻式压力传感器,其输出阻抗为50092, 测量范围是(0-10)Mpa,其灵敏度是+1m0.Mpa, 现在要用一个输入0V~5V的标准表来显示这个传感器 测量的压力变化,需要一个放大器把传感器输出的信 号放大到标准表输入需要的状态,设计放大器并确定 各元件参数。 解:采用反相比例构成放大器, 放大器的最高输入电压为: (10 Mpa/0.1Mpa)x ImV=100mV 放大器的最高输出电压(标准表的最高输入)为5V。 放大倍数:5/0.1=50 第一级放大后再接一级反相器,使相位符合要求

例12.4 有一电阻式压力传感器，其输出阻抗为500， 测量范围是（0~10）Mpa,其灵敏度是+1mV/ 0.1Mpa, 现在要用一个输入0V~5V的标准表来显示这个传感器 测量的压力变化，需要一个放大器把传感器输出的信 号放大到标准表输入需要的状态，设计放大器并确定 各元件参数。 解：采用反相比例构成放大器， 放大器的最高输入电压为： （10 Mpa/ 0.1Mpa） 1mV=100mV 放大器的最高输出电压（标准表的最高输入）为5V。 放大倍数：5/ 0.1 =50 第一级放大后再接一级反相器，使相位符合要求

也子我不 第12 集成运算放大器 R R R 12 R 12 R (1)取R1=10k为信号源内阻的20倍 (2)R1=50R1=500kg2 (3)R=R1∥R=9.8k (4)运放采用LM741,10V对称电源供电。 (5)Ra2=R2=50k (6)R2=R12∥R=25k2 回国

（1）取 R1 =10kΩ 为信号源内阻的20倍。 （2） Rf = 50R1 = 500kΩ （3） R = R1 // Rf = 9.8kΩ （4） 运放采用LM741，10V对称电源供电。 （5） Rf2 = R12 = 50kΩ （6）R2  = R12 // Rf2 = 25kΩ R1 Rf R – + + – +  R12 Rf2 R2  – + + + – + 

也子我不 第12章集成运算放大器 2.反相加法运算电路 RI L1 R -+412 I2 u ri R2 u ux Ri u R =-Rr( 12 R 若Rr=R1=R2则ao=-(u1+u1 平衡电阻R=R1∥R2∥R 回国

2. 反相加法运算电路 iF = i1 + i2 2 I2 1 I1 f O R u R u R u − = + ( ) 2 I2 1 I1 O f R u R u u = −R + 若 Rf = R1= R2 则 uO = − (uI1+ uI2) R' = R1 // R2 平衡电阻 // Rf iF R1 Rf i1 uI1 R uI2 + – – + + + – +  u uo + u- i2

也子我不 第12 集成运算放大器 3.反相积分电路 当u1为阶跃电压时,则 ut 0 RC R L 0 R l1 R dt OM uo R, Ce u, dt u随时间线性 R1C称为积分时间常数。 下降,最后达 到负饱和值。 同国

3. 反相积分电路 1 I 1 R u i = t u i C d d O = F = − = − u t R C u d 1 o I 1 f R1 Cf 称为积分时间常数。 −UOM 当uI为阶跃电压时，则 uo 0 t uI 0 t 1 f I o R C u t u = − U uo随时间线性 下降，最后达 到负饱和值。 iF R1 Cf i1 uI R + – – + + – +  u uo + u-