运算放大器的电路模型(1)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,52 运算放大器的电路模型,一、运算放大器,运算放大器简称运放，是一种多端集成电路，通常由数十个晶体管和一些电阻构成。现已有上千种不同型号的集成运放，是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。早期，运放用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。现在，运放的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。,运放器件的电气图形符号如图(,a),所示。运放在正常工作时，需将一个直流正电源和一个直流负电源与运放的电源端,E,+,和,E,-,相连图(,b)。,两个电源的公共端构成运放的外部接地端。,图57,运放与外部电路连接的端钮只有四个：两个输入端、一个输出端和一个接地端，这样，运放可看为是一个四端元件。图中,i,-,和,i,+,分别表示进入反相输入端和同相输入端的电流。,i,o,表示进入输出端的电流。,u,-,、,u,+,和,u,o,分别表示反相输入端、同相输入端和输出端相对接地端的电压。,u,d,=,u,+,-,u,-,称为差模输入电压。,运放工作在直流和低频信号的条件下，其输出电压与差模输入电压的典型转移特性曲线,u,o,=,f,(,u,d,),如图所示。该曲线有三个明显的特点：,图58,1,u,o,和,u,d,有不同的比例尺度：,u,o,用,V;,u,d,用,mV。,2.,在输入信号很小(|,u,d,|,),的区域，曲线,f,(,u,d,),饱和于,u,o,=,U,sat,。,U,sat,称为饱和电压，其量值比电源电压低2,V,左右，例如,E,+,=15V,E,-,=-15V，,则+,U,sat,=13V,-,U,sat,=-13V,左右。工作于饱和区的运放，其输出特性与电压源相似。,综上所述，运放在直流和低频应用时，其端电压电流方程为：,式中,I,B-,和,I,B+,是反相输入端和同相输入端的输入偏置电流，其量值非常小，通常小于10,-7,A，,可以近似认为等于零。,u,o,=,f,(,u,d,),是输出电压,u,o,对差模输入电压,u,d,的转移特性。下面介绍运算放大器的两种电路模型。,二、有限增益的运算放大器模型,有限增益运放模型的符号和转移特性曲线如图5-9所示。,图59,由于实际运放的输入电流非常小，可以认为,i,-,=,i,+,=0，,这意味着运放的输入电阻为无限大，相当于开路。图59(,b),所示转移特性曲线是图58实际运放转移特性曲线的分段线性近似。有限增益运放模型可以由以下方程描述：,有限增益模型可以工作于三个不同的区域时，其电路模型，分别如图(,a)、(b)、(c),所示。,1 线性区,当|,u,d,|,时，,u,o,=+,U,sat,，,运放的输出端口等效于一个直流电压源，如图(,b),所示。,3负饱和区,当,u,d,-,时，,u,o,=-,U,sat,，,运放的输出端口等效于一个直流电压源，如图(,c),所示。,图510,三、理想运算放大器模型,实际运放的开环电压增益非常大(,A,=10,5,10,8,)，,可以近似认为,A,=,和,=0。此时,有限增益运放模型可以进一步简化为理想运放模型。理想运放模型的符号如图,(,a),所示，其转移特性曲线如图,(,b),所示。,图511,理想运放模型可由以下方程描述:,理想运放模型工作于线性区、正饱和区和负饱和区相应的电路模型，分别如图(,a)、(b)、(c),所示。,图512,上式表明该理想运放的输入端口既像一个开路（,i,-,=,i,+,=0），,又像一个短路(,u,d,=0)，,这可等效为一个电流为零的特殊短路，因此，该模型又称为虚短路模型,。,当输入电压,u,d,=0,时，输出电压,u,o,可以为-,U,sat,到+,U,sat,间的任何量值。此时，理想运放的模型为一个增益为无限大的电压控制电压源(,VCVS)。,工作于线性区的理想运放模型可以由以下方程描述,名 称,时间,名 称,时间,1,铁心变压器的电压波形,5:01,2,铁心变压器的电压电流关系,2:40,3,铁心变压器变比的测量,2:35,4,铁心变压器的电阻变换,1:35,5,铁心变压器的阻抗匹配,2:14,6,铁心变压器的频率特性,4:05,7,ACDC,变换器,2:48,8,运算放大器实验,1:56,9,运放加法电路,2:53,10,运放减法电路,2:08,11,运放跟随器的应用,2:58,12,负阻变换器实验,2:34,13,负阻振荡器,1:09,14,回转器变电阻为电导,2:06,根据教学需要，用鼠标点击名称的方法放映相关录像。,郁金香,