電路分析基礎(chǔ) 教學(xué)課件 作者 畢淑娥 第11章.ppt

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1、第11章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用內(nèi)容提要本章主要以集成運(yùn)算放大器組成的實際電路為例，介紹實際電路的分析與設(shè)計，使初學(xué)者能夠初步學(xué)會分析和設(shè)計實際電路。11.1集成運(yùn)算放大器的工作特性及分析方法11.2集成運(yùn)放的基本運(yùn)算電路11.3應(yīng)用電路分析舉例11.4應(yīng)用電路設(shè)計舉例圖示電路是由集成運(yùn)算放大器組成的小功率液體電熱恒溫控制電路，其功能是對液體加熱進(jìn)行恒溫控制。當(dāng)液體的溫度低于設(shè)定值時，恒溫控制電路發(fā)出信號，主電路的電熱絲通電，液體加熱；當(dāng)液體的溫度在設(shè)定值范圍內(nèi)時，恒溫控制電路不發(fā)出信號，主電路中的電熱絲斷電，液體保溫?！疽?1.1集成運(yùn)算放大器的工作特性及分析方法

2、集成運(yùn)算放大器（簡稱集成運(yùn)放）是14腳或8腳的集成芯片，其外形和電路符號如圖11.1a、b所示。8腳的芯片集成了一個運(yùn)算放大器，14腳的芯片集成了二個或四個運(yùn)算放大器。集成運(yùn)算放大器因早期多用于各種數(shù)學(xué)運(yùn)算而得此名。目前，集成運(yùn)放在工程上得到了廣泛的應(yīng)用，例如可進(jìn)行信號的運(yùn)算、信號的處理和信號的產(chǎn)生等等。11.1.1集成運(yùn)放的工作特性及主要技術(shù)參數(shù)1.電壓傳輸特性集成運(yùn)放有兩個輸入端，“+”號表示的端子稱為同相輸入端，即在此端輸入電壓時，輸出電壓與輸入電壓同相位；“－”號表示的端子稱為反相輸入端，即在此端輸入電壓時，輸出電壓與輸入電壓反相位。在線性區(qū)時，輸出電壓與輸入電

3、壓之間是線性放大的關(guān)系，即在非線性區(qū)時，輸出電壓與輸入電壓之間是不是線性關(guān)系，即2.主要技術(shù)參數(shù)（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)是指集成運(yùn)放的輸出端與輸入端之間沒有外接元件時，在輸入端號時所測出的電壓放大倍數(shù)。加入小電壓信（2）最大輸出電壓是指集成運(yùn)放在輸出電壓不失真的條件下輸出的最大電壓。電源電壓值。值略小于集成運(yùn)放的工作（3）輸入電阻輸入電阻是指集成運(yùn)放的輸入電壓與與輸入電流之比。集成運(yùn)放的都很高，一般在以上。（4）輸出電阻是指集成運(yùn)放的輸出端的等效電阻。集成運(yùn)放的都很小，一般在幾十以下。（5）共模抑制比是指集成運(yùn)放的差模信號放大放大倍數(shù)和共模信號放大倍數(shù)之比，即大，說明集成

4、運(yùn)放的抗干擾能力強(qiáng)。實際使用集成運(yùn)放時，要根據(jù)具體要求選擇合適的型號。常用的集成運(yùn)放有等。運(yùn)算放大器的組成集成運(yùn)放LM324內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩個輸入端一個輸出端正電源負(fù)電源2腳：反相輸入端3腳：同相向輸入端4腳、7腳：正負(fù)電源端6腳：輸出端1腳、5腳：外接調(diào)零端8腳：空腳8個管腳的運(yùn)放在電路符號圖中一般不畫出直流電源端。11.1.2集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析方法若僅研究集成運(yùn)放對輸入信號的放大問題，不考慮其他因素對電路的影響，可以將集成運(yùn)放用線性來等效，用線性電路的分析方法來分析。1.集成運(yùn)放的等效電路等效電路2.集成運(yùn)放的分析方法為了保證運(yùn)放工作在線性區(qū)，過無源網(wǎng)絡(luò)將集成運(yùn)放

5、的輸出端必須在電路中引入負(fù)反饋，即通所謂負(fù)反饋就是指將集成運(yùn)放輸出端信號的一部分或全部分通過無源網(wǎng)絡(luò)送回到輸入端，使集成運(yùn)放的輸入量減小。和反相輸入端連接起來，電路如圖所示。理想集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時，由理想集成運(yùn)放的條件可得出以下三個重要分析規(guī)則：(1)輸入端虛短三個重要分析規(guī)則：理想運(yùn)放的輸出電壓為則輸入電壓為由于且為有限值，所以，即可以認(rèn)為反相端和同相端的電位相等，即兩端可視為短路。實際上，反相端和同相端的電位是趨于相等的，不是真正的短路，所以這種短路稱為輸入端虛短。(2)輸入端虛斷理想運(yùn)放的輸入電流為由于所以有可以認(rèn)為流入反相端和同相端的電流為零，兩輸入端可視為

6、斷路。實際上，反相端和同相端的電流是趨于零的，不是真正的斷路，所以這種斷路稱為輸入端虛斷。(3)輸入端虛地當(dāng)同相端接地時根據(jù)輸入端虛短，有可以認(rèn)為反相端的電位等于零，即反相端可視為接地。實際上，反相端的電位是趨于零的，不是真正的接地，所以這種接地稱為輸入端的虛地。11.2集成運(yùn)放的基本運(yùn)算電路集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時，可進(jìn)行比例、加減、乘除、積分、微分、對數(shù)和反對數(shù)等運(yùn)算，本書只介紹前幾種運(yùn)算。反相比例運(yùn)算電路由KCL得由于輸入端虛斷，即則有反相比例運(yùn)算電路由KCL得由于輸入端虛斷，即則有由于輸入端虛短和虛地，即，則有所以所以閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為反相比例運(yùn)算電路靜態(tài)平衡電阻

7、為2.同相比例運(yùn)算電路由于則有由于輸入端虛短，即則有所以可知，電壓放大倍數(shù)3.電壓跟隨器或者當(dāng)【例11.1】在圖示的電路中，已知，電阻，集成運(yùn)放的工作電壓為試求輸出電壓【解】這是兩級運(yùn)算電路，第一級為同相比例運(yùn)算電路，第二級為反相比例運(yùn)算電路4.加法運(yùn)算電路因為所以則當(dāng)時，當(dāng)時，5.減法運(yùn)算電路應(yīng)用疊加原理分析減法運(yùn)算電路：比例運(yùn)算電路，如圖a當(dāng)單獨作用時，電路變?yōu)榉聪嗨?，有比例運(yùn)算電路，如圖b當(dāng)單獨作用時，電路變?yōu)橥嗨?，有?dāng)單獨作用時，比例運(yùn)算電路，如圖b當(dāng)單獨作用時，電路變?yōu)橥嗨?，有則當(dāng)單獨作用時，當(dāng)單獨作用時，當(dāng)時，當(dāng)時，