运算放大器电路的输出电阻
运算放大器是一个放大直流微弱电压的电子线路而且是唯一能稳定地进行直流放大的电路。本章为了能让读者具体地领会运算放大器的基本用法用一些与传感器相结合并具有代表性的电路进行说明。另外还从如何利用运算放大器输出的角度举例说明了继电器驱动方法。对于交流放大通过一个电路例子对频率特性的影响因子SR进行了说明。 3.1反相放大电路高温测量 3.1.1将温度变化转换成电信号如图3.1所示将异种金属线相接让连接产生温度差就会有电压产生。这种现象叫塞贝克效应。例如使用铜线和铁线就可以产生电压。使用塞贝克效应的温度传感器称为热电偶。热电偶由于能测量高达1500○C的高温被广泛地用于工业传感器。铜和康铜镍铜合金热电偶的特性如图3.1所示100○C的温度差可产生4mV左右的电压。所以这种微小电压如果通过运算放大器放大后所得到的信号就可以更方便地使用。 3.1.2放大倍数为100倍的反相放大器图3.2是在第1章1.61.8节说明过的反相放大器。将负反馈电阻的值代入下式可求得放大倍数。放大倍数ARf/Ra100/1100倍如图3.2所示的热电偶温度传感器每1○C 的温度差产生0.04mV左右的电压。所以由温度变化带来的这样微小的电压变化用一般的电压表是测量不出来的。现在市场上销售的测试器中电压标度为50mV 的很多。如果放大倍数为100200倍的话用这样的测试器测量就足够了。运算放大器的放大倍数由负反馈电阻之间的比值关系决定。假设Ra1kΩRf1000kΩ则放大倍数为1000倍。但是放大倍数设得过高会使电路工作不稳定所以为了安全起见初学者最好将它设在200倍左右。另外要想得到准确的放大倍数Ra和Rf必须使用精度高的电阻。 3.1.3反相放大器的输入电阻反相放大器的放大倍数由负反馈电阻的Ra和Rf的比值决定。如果电阻Ra的值取得很小Rf的值取得很大则放大倍数当然就会很大。但是如果Rf太大电路会工作得很不稳定最好取1000kΩ以内。对于Ra也有下面所说的限制。反相放大器的输入电阻也叫阻抗就是如图3.3a所示的负反馈电阻Ra的值。传感器一定含有内部电阻Rs。传感器的电压Vs经过电阻Rs和Ra分压后形成反相放大器输入电压Vin。图3.3b中的曲线描绘了输入电压Vin是怎样随着电阻Rs和Ra的比值的增大而变小的。由此可知当RsRa时传感器部分的无用分压变大所以要求电阻Ra要比传感器的内部电阻Rs大。由于热电偶的内部电阻Rs非常小反相放大器一般使用110kΩ的输入电阻即可。 3.1.4 温漂怕热运算放大器可以事先通过失调调整使得当输入电压Vin为零时输出电压也为零。但是如果工作时环境温度的变化很大Vin即使为零也会有输出电压。这种现象叫温度漂移简称温漂。引起温漂的原因是运算放大器的内部平衡因温度变化而被破坏和外接的电阻值随温度变化而变化。即使一点点不平衡由于运算放大器自身的放大作用会使它放大进而影响输出电压信号。放大倍数越高这个影响就越大。所以为了使外部漂移被控制在很小的范围内接在运算放大器周围的电阻即运放的反相输入端和同相输入端对地直流电阻需要获得平衡。为此图3.2中加接了对付漂移的电阻Rd。电阻Rd的值按如下公式进行计算: RdRa×Rf/RaRfkΩ放大倍数很小时Rd可以省略。对于运算放大器的内部漂移提出好的对策很困难。所以在需要做精密放大器时应该采用低漂移型的集成运算放大器。 3.2同相放大电路光度测量 3.2.1将亮度变化转换成电信号图3.5是用硅电池光电池作光传感器进行光度测量的运算放大器电路。与上一节的反相放大器的区别是运算放大器信号的输入由端子2改成端子3。它的工作原理就是在第1章第1.5节里已说明的同向工作原理。 3.2.2放大倍数为10倍的同相放大器图3.6表示了一个装有杠杆的油压装置的同向工作原理。如果让阀
门的油缸移动χ5cm则高压油会源源不断地流入操纵油缸输出活塞开始朝着跟把柄A相同的方向移动。这一移动会连动杠杆使阀门的活塞同样移动zχ5cm当油的流动停止时输出活塞也会停止。由于各活塞的移动分别与杠杆的长度成正比由图不难得知z:y5:25求解此式得y25cm。同相放大器的工作原理与油压装置的工作原理相同。例如在图3.7中如果在端子3加0.6V则输出电压会不断增加直到端子2达到0.6V为止。端子2的VB是输出电压VC经过负反馈电阻Ra和Rf分压后得到的电压。由分压电阻的比例关系可得VC6V。所以将负反馈电阻的值代入下式可求得同相放大器的放大倍数。放大倍数ARaRf/Ra19/110倍 3.2.3同相放大器的输入电阻和特征与反相放大器不同同相放大器的输入电阻与负反馈电阻Ra的值无关其值非常大可以大到100MΩ。所以即使传感器的内部电阻Rs 非常大也不会出现像图3.3b所示的那种影响。输入电阻非常大这也是同相放大器的一个特征。为此像硅电池那样使用内部电阻Rs很大的传感器最好采用同相放大器。下面给出了同相放大器几个不同放大倍数的负反馈电阻Ra和Rf可取的值。 3.2.4运算放大器的最大输出电压在放大倍数A200倍的同相放大器中加入VA0.2V的输入电压时输出电压VC会达到40V吗回答是绝对不会。运算放大器的输出电压最大可达到电源电压的70左右。所以如图3.8所示的电源电压为15V时输出电压最大可达大约11V。反过来可算出A200倍时输入电压VA必须在0.055V以内。 3.2.5运算放大器的负载电阻摩托车和汽车在爬陡坡时会给引擎增加很大的负担。这叫超负载状态对引擎会产生很不利的影响但长时间空转也不好。引擎应该设计成承担适度负载。同样运算放大器也规定了适度负载。使用运算放大器时一般将晶体管、集成电路、电阻等作为负载接入输出侧。在测试电路中常用电阻来代替晶体管和集成电路等负载元件。适度的负载电阻值为210kΩ。这里应注意的是电阻值太小会使输出电流增大从而形成超负载状态但电阻值太大又会形成轻负载状态。 3 .3差动放大就是夫唱妇随 3.3.1 妻子跟随丈夫到前一节为止所描述的运算放大器的用法都是单独使用端子2反相:妻和端子3同相:夫当中的一个。图3.10描绘了一个在两个端子同时输入信号的差动放大电路。差动工作原理如图3.11所示。B点妻:端子2的电压VB在不断地朝D点夫:端子3的电压VD靠近过程中输出电压一直在变化。当VB和VD达到一致即VBVD时输出电压VO的变化停止。 VBVD意味着在端子2和端子3之间形成的电路构成了短路但两端子之间的电阻值为无限大。由于有这样一种矛盾所以称端子2和端子3之间的短路为虚短路。 3.2.2电阻型传感器的用法到前一节为止所描述的传感器都是通过温度或光来产生电压的发电型传感器。图3.12的热敏电阻RTH是随温度上升而电阻值变小的负系数电阻型传感器。在如图 3.12a 所示的电阻型传感器的电路中电流从电池Es流入传感器将电阻值变换成电压来形成输入信号V1。假如以0○C为基准进行测量。热敏电阻在温度为0○C时电阻值不为零显然输入信号V1在温度为0○C时也不为零。为了抵消它通过R2和R3制作基准电压V2来进行差动输入。 3.4运算放大器的本来面目是差动放大3.4.1拉长会使电阻值增加胶皮圈儿拉长会变细。同样电线拉长断面面积会变小。电线的电阻值与长度成正比与断面面积成反比。所以说拉长会使电阻值增加。利用这一现象将长度的变化转化成电阻值变化的传感器是应变计。图3.13表示了应变计的概要。用粘接剂将应变计贴到机械和建筑材料需要进行伸缩和弯曲测量的地方根据电阻值的变化可检测物体的变形。这也是一种电阻型传感器。和上一节一样采用差动放大电路。 3.4.2通过检测物体的变形来测量重量用直径为20mm的钢棒拉重达12t的物体钢棒会有0.0017的变形。如果把应变计和钢棒粘
在一起根据△l/l0.0017可得电阻的变化量为0.408Ω。由图3.14可计算出输出电压为2.52V。这时如果用Rf和Ra来计算放大倍数A那么这个Ra应该含有R2和R3的并联值。 3.4.3抵消因温度变化带来的测量误差在图3.14中一根吊着推土机的钢棒即使不增加载重随着温度的上升也会变长。这种因温度变化引起的伸缩会影响应变计电阻值的变化给测量值带来温度误差。于是如图3.15所示的那样在制作基准电压V2的地方也使用贴有应变计的材质相同的钢棒这样可以校正温度误差。这种校正温度误差的方法在光传感器以及其他的传感器中也经常使用。如果把钢棒做得很细也能测量很小的载重。 3.5地线与高增益电路3.5.1地线的处理方法到目前为止所说的电路中地线都是用粗的裸线来描述的。地线不仅是与众多的元件相接的共用线而且也是从输入端到输出端直通的主干道。在实际的产品中地线在印刷线路板上占有很大的地盘。在装配电路时如果地线连接得很乱高增益电路会工作得很不稳定。所以应按照如图3.16a所示的方法把每个集成电路上的所有地线集中在一起然后连接到一个点上。集中连接于一点的方法很重要。一般的电路图用如图3.16b所示的地线符号来表示与地线的连接。但是在实际电路组装时应以每个集成电路为单位进行集中。事实上这已是一种常识。 3.5.2增益可变的电路图3.16b将负反馈电阻Rf设计成了可变电阻由此构成一个同相型的增益可变的电路。怎样选择Rf才能满足所需增益的要求呢看一下第3.1、3.2节就能知道解决这个问题的答案。 3.5.3增益很高的电路单纯考虑一下觉得要得到高增益电路只要将图 3.17a所示将负反馈电阻Rf 和Ra的比值取得很大即可。但是如果Rf取得太大会使流入Rf的电流变得很小从而使电路工作不稳定。如果Ra取得太小则会使输入电阻减小。于是高增益电路需采用既不能使Ra太小又不能使Rf太大的方法实际电路如图3.17b所示采用的就是这种方法。在这个电路中要准确地求出放大倍数需使用含有Ra和Rb的Rc去计算放大倍数。但实际上电阻器有相当大的误差实际的放大倍数是不能通过计算来获得的。如图3.17b所示的那样在高增益的电路中连接一个用于祛除地线上的有害噪声电流的电容器C是很重要的。 3.6施密特触发器 3.6.1同相放大电路与施密特电路的区别反相、同相电路采用的是负反馈方式如图 3.18a 所示输入电压与输出电压成正比例关系。与此相对照施密特电路采用的是正反馈方式如图3.18b所示在输入电压的某一点输出电压突然发生跳变。图3.19描述了将平缓变化的交流电压输入到施密特电路后得到急剧变化的输出电压情况。对于很小的输入变化需要输出明显的白或黑时采用这种电路很有用。图3.20为油压活塞的施密特工作原理。通过杠杆向阀门的油缸施加正反馈会形成和运算放大器一样的运动。 3.6.2线性电路和非线性电路在到现在为止所说明的反相和同相电路中输出电压与输入电压都构成比例关系按直线形式进行变化。这种关系如果用图去描绘会形成图3.18a和图3.23a所示的形状。这样的放大电路称为线性电路。与此相对应施密特电路输出电压与输入电压不构成直线比例关系这种电路可称非线性电路。 3.7灯到黄昏自动亮 3.7.1灯到黄昏自动亮用图3.21的电路可以检测傍晚时分的弱光然后把灯点亮。随着光线的变暗反相放大器的输出会按照图3.23a所示的特性曲线逐渐朝正极变化。因此继电器的电磁力也会慢慢地增加当达到某一点时接点的引力会变得不稳定进而迅速演变成越位。施密特电路的特性曲线如图 3.23b所示当输入电压达到某一点时输出电压会突然发生跳变。因此在图3.21所示的虚线框中放上施密特电路可以使继电器的工作稳定可靠。但是如果使用像cds这样高感度的传感器即使不使用施密特电路只需去掉负反馈电路输出电压也会发生急剧跳变。 3.7.2继电器驱动电路图3.22表
示了继电器驱动方法。运算放大器输出电流太小不能直接驱动继电器。于是通过功率晶体管将电流放大到100倍。与继电器线圈平行连接的二极管的作用可防止继电器工作时线圈产生的异常电压。切开图 3.22的部分可以把这个电路与图3.2和图3.5等电路连在一起。 3.8用运算放大器制作的交流放大电路 3.8.1连微动都没有的静止状态如图3.24所示可以把流入电子器件中的电流信号分成直流信号和交流信号。进一步交流又可分成模拟信号和数字信号。运算放大器本来就是用作直流放大的。所以如果放大像热电偶之类的微弱直流信号它的能力是很强的。如果用晶体管制作高增益的直流放大器就会被漂移和偏置所困扰很难保持零点静止状态。能解决这一困难的集成电路就是运算放大器。 3.8.2用运算放大器制作的交流放大电路运算放大器最能发挥实力的领域是直流信号放大但在低频范围内也可用作交流信号放大图3.25的交流放大电路就是一例。前面所描述的反相电路图3.2和同相电路图3.5可以不作修改地用作交流放大。运算放大器在进行交流信号放大时随着频率的升高放大倍数会下降。比较容易使用的频率范围大约在100kHZ以下。在处理数字时也一样高频范围不能使用。
3.8.3 不管怎么敲打就是动得不敏捷如图阀门即使迅速移动油的流动也在阀门移动之后才开始输出活塞要移动一段冲程多少需要一点时间。因此输出活塞的动作对于阀门的动作来说有点迟缓。也就是说不管怎么敲打也不能敏捷地动起来。 3.26所示如果猛地锤打让油压装置的阀门啪嚓一声瞬间内产生移动输出活塞会怎样移动呢 3.8.4 运算放大器的过渡特性和转换速率运算放大器跟油压装置一样。如图 3.27所示通过开关输入阶跃电压输出电压跟不上出现延迟。这是因为流入集成电路中的电子的流动同油一样会出现一点延迟。像这种由急剧的输入变化引起的输出变化称为过渡特性。图要从数量上对这一特性进行描述可用 3.28给出了几个运算放大器过渡特性的例子。根据种类的不同分别用①、②、③表示了各自的过渡特性。1μs时间单位的电压变化来表示这种特性参数被称为转换速率SR。曲线① SR9/61.5 曲线② SR3 曲线③ SRSR1表示输出电压的瞬间变化能力。SR越大敏捷性就越强交流特性也就越好。SR值即使不变如果输出电压很小延迟也会很小。所以在小输出电压范围内使用可以提高交流特性对交流特性的影响参照第2章。
输入、输出阻抗以及阻抗匹配 在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。阻抗的单位是欧。在直流电中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小差异而已。电阻很小的物质称作良导体，如金属等；电阻极大的物质称作绝缘体，如木头和塑料等。还有一种介于两者之间的导体叫做半导体，而超导体则是一种电阻值几近于零的物质。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗，简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是欧姆，而其值的大小则和交流电的频率有关系，频率愈高则容抗愈小感抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此才会说：阻抗是电阻与电抗在向量上的和。对于一个具体电路，阻抗不是不变的，而是随着频率变化而变化。在电阻、电感和电容串联电路中，电路的阻抗一般来说比电阻大。也就是阻抗减小到最小值。在电感和电容并联电路中，谐振的时候阻抗增加到最大值，这和串联电路相反。 一、输入阻抗 输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin就是U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。 输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样，它反映了对电流阻碍作用的大小。输入阻抗是用来衡量放大器对信号源的影响的一个性能指标： 对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，表明放大器从信号源取的电流越小，放大器输入端得到的信号电压也越大，即信号源电压衰减的少，对电压源的负载就越轻，因而就越容易驱动，也不会对信号源有影响。理论基础：Us=（Rs+Ri）×I。Rs为信号源内阻，Ri为放大器输入电阻。因此作为测量信号电压的示波器、电压表等仪器的放大电路应当具有较大的输入电阻。对于一般的放大电路来说，输入电阻当然是越大越好。如果想从信号源取得较大的电流，则应该使放大器具有较小的输入电阻 而对于电流驱动型的电路，输入阻抗越小，则对电流源的负载就越轻。因此，我们可以这样认为：如果是用电压源来驱动的，则输入阻抗越大越好；如果是用电流源来驱动的，则阻抗越小越好（注：只适合于低频电路，在高频电路中，还要
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。 (原文件名:1.jpg)
习题答案 5.1 在题图5.1所示的电路中，已知晶体管V 1、V 2的特性相同，V U on BE 7.0,20)(==β。求 1CQ I 、1CEQ U 、2CQ I 和2CEQ U 。 解：由图5.1可知： BQ CQ BQ )on (BE CC I I R R I U U 213 1 1+=--即 11CQ11.01.4 2.7k 20I -7V .0-V 10CQ CQ I I k +=Ω Ω ? 由上式可解得1CQ I mA 2≈ 2CQ I mA I CQ 21== 而 1CEQ U =0.98V 4.1V 0.2)(2-V 1031=?+=+-R )I I (U BQ CQ CC 2CEQ U =5V 2.5V 2-V 1042=?=-R I U CQ CC 5.2 电路如题图5.2所示，试求各支路电流值。设各晶体管701.U ,)on (BE =>>βV 。 U CC (10V) V 1 R 3 题图5.1
解：图5.2是具有基极补偿的多电流源电路。先求参考电流R I ， ()815 17 0266..I R =+?---=（mA ） 则 8.15==R I I （mA ） 9.0105 3== R I I （mA ） 5.425 4==R I I （mA ） 5.3 差放电路如题图5.3所示。设各管特性一致，V U on BE 7.0)(=。试问当R 为何值时，可满足图中所要求的电流关系？ 解： 53010 7 0643..I I C C =-==（mA ） 则 I 56V 题图 5.2 R U o 题图5.3
2702 1 476521.I I I I I I C C C C C C == ==== mA 即 2707 065.R .I C =-= （mA ） 所以 61927 07 06...R =-= （k Ω） 5.4 对称差动放大电路如题图5.1所示。已知晶体管1T 和2T 的50=β，并设 U BE (on )=0.7V,r bb ’=0,r ce =。 (1)求V 1和V 2的静态集电极电流I CQ 、U CQ 和晶体管的输入电阻r b’e 。 (2)求双端输出时的差模电压增益A ud ，差模输入电阻R id 和差模输出电阻R od 。 (3)若R L 接V 2集电极的一端改接地时，求差模电压增益A ud (单),共模电压增益A uc 和共模抑制比K CMR ,任一输入端输入的共模输入电阻R ic ,任一输出端呈现的共模输出电阻R oc 。 (4) 确定电路最大输入共模电压围。 解:(1)因为电路对称，所以 mA ...R R .U I I I B E EE EE Q C Q C 52050 21527 062270221=+?-=+?-== = + V 1 V 2 + U CC u i1 u i2R C 5.1k ΩR L U o 5.1kΩ R C 5.1k Ω R E 5.1k Ω -6V R B 2k Ω 题图5.1 R B 2k Ω + － R L /2 + 2U od /2 + U id /2 R C R B V 1 (b) + U ic R C R B V 1 (c) 2R EE + U
戴维宁定理指出：“一个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻的串联组合等效置换，此电压源的激励电压等于一端口的开路电压，电阻等于一端口内全部独立源置零后的输入电阻。 Req=0 无伴电压源只存在戴维南等效电路 Req=∞无伴电流源只存在诺顿等效电路 2．1 等效变换化法: 不含受控源的二端网络除源后，其电路可以看成由电阻按不同方式连接而成的纯电阻电路。求解该二端网络的等效电阻可采用电阻的串并联等效变化或△一Y 变化法直接求取。 例l：求图1所示电路的戴维南等效电阻，其中：Us1=Us2=40V, R1=R2= R4=4ΩR3= 2Ω,R5=8Ω 解：分析图l电路知：不含受控源，将所有电源置零后，电路变成纯电阻电路，可以直接通过串并联等效变化求端口等效电阻。 Req=[(R1∥R2 )+R3)]∥R4+ R5=10Ω a. 等效变换法适用于不含控制源且结构比较简单的二端网络，对于结构复杂的网络也适用，只是计算过程步骤繁琐. 2．2开路短路法: 开路短路法指二端网络的等效电阻等于该端口的开路电压u oc与该端口的短路电流i sc之比。注意：短路电流由开路电压正极流向负极。 开路电压: u oc=10V 短路电流: i+0.5i=10
i sc=20/3A Req= u oc / i sc=1.5Ω a．（受控）独立源处理方法： (受控)电流源不等于短路。其有压降。 (受控)电压源不等于开路。其有电流。 处理方法有2中： 1.避开 如：回路电流法和节点电压法中让（受控）电流源，（受控）电压源做单独回路。 2.设出（受控）电流源上压降。（受控）电压源上电流。 b．开路短路法是依据戴维南和诺顿定理。当二端网络的开路电压为零时（不含独立源是其中一种情况），不能利用此法。因为开路电压为零，等效电阻不能够确定。 2.1输入电阻法: 戴维南定理指出一个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口对外电路，其等效电阻等于一端口的全部独立电源置零后的输入电阻。输入电阻等于端口外加电压源与端口的输入电流之比。 例3:利用输入电阻法求解例2所示戴维南等效电阻。 解:根据输入电阻法原则，端口内电源置零，外加电压源，可以得出电路图3。 u=i+0.5i Req= u/ i=1.5Ω 2．4外特性法: 线性二端网络外特性指其端口电压和端口电流之间的关系。（不需将独立源置零）由戴维南定理知，线性二端网络等效电路如图4、图5所示。在不同端口电压和电流参考方下， 其端口外特性可由公式(1)和(2)分别来描述。
第五章 含有运算放大器的电阻电路 ◆ 重点： 1、运放的传输特性 2、比例器、加法器、减法器、跟随器等运算电路 3、含理想运放的运算电路的分析计算 ◆ 难点： 熟练计算含理想运放的电路 5.1 运放的电路模型 5.1.1 运放的符号 运放是具有高放大倍数的直接耦合放大电路组成的半导体多端实际元件。而在本章中，所讲到“运放”，是指实际运放的电路模型——一种四端元件。其符号为 + u- _ o + _ 图5-1 运放的符号 在新国标中，运放及理想运放的符号分别为 图5-2 运放的新国标符号 5.1.2 运放的简介 一、同相与反相输入端 运放符号中的“+”、“-”表示运放的同相输入端和反相输入端，即当输入电压加在同相输入端和公共端之间时，输出电压和输入电压两者的实际方向相对于公共端来说相同；反之，当输入电压加在反相输入端和公共端之间时，输出电压和输入电压两者的实际方向相对于公共端来说相反。其意义并不是电压的参考方向。 二、公共端 在运放中，公共端往往取定为接地端——电位为零，实际中，电子线路中的接地端常常取多条支路的汇合点、仪器的底座或机壳等，输入电压、输出电压都以之为参考点。有时，电路中并不画出该接地端，但计算时要注意它始终存在。
5.1.3 运放的输入输出关系 一、运放输入输出关系曲线 在运放的输入端分别同时加上输入电压+ u 和- u （即差动输入电压为d u ）时，则其输 出电压u o 为 d u u o u A u u A u =-=-+)( d 图5-3 运放输入输出关系曲线 实际上，运放是一种单向器件，即输出电压受输入电压的控制，而输入电压并不受输出电压的控制。由其输入输出关系可以看出，运放的线性放大部分很窄，当输入电压很小时，运放的工作状态就已经进入了饱和区，输出值开始保持不变。 二、运放的模型 a u - u o u 图5-4 运放的电路模型 由运放的这一模型，我们可以通过将运放等效为一个含有受控源的电路，从而进行分析计算。 例：参见书中P140所示的反相比例器。（学生自学） 5.1.4 有关的说明 在电子技术中，运放可以用于 1．信号的运算——如比例、加法、减法、积分、微分等 2．信号的处理——如有源滤波、采样保持、电压比较等 3．波形的产生——矩形波、锯齿波、三角波等 4．信号的测量——主要用于测量信号的放大 5.2 具理想运放的电路分析 5.2.1 含理想运放的电路分析基础 所谓“理想运放”，是指图中模型的电阻R in 、R 0为零，A 为无穷大的情况。由此我们可以得出含有理想运放的电路的分析方法。根据输入输出特性，我们可以得出含有理想运放器件的电路的分析原则：
什么是输入阻抗和输出阻抗 输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin就是U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。 输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样，它反映了对电流阻碍作用的大小。对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，则对电压源的负载就越轻，因而就越容易驱动，也不会对信号源有影响；而对于电流驱动型的电路，输入阻抗越小，则对电流源的负载就越轻。因此，我们可以这样认为：如果是用电压源来驱动的，则输入阻抗越大越好；如果是用电流源来驱动的，则阻抗越小越好（注：只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻抗匹配问题。另外如果要获取最大输出功率时，也要考虑阻抗匹配问题 二、输出阻抗 无论信号源或放大器还有电源，都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是一个信号源的内阻。本来，对于一个理想的电压源（包括电源），内阻应该为0，或理想电流源的阻抗应当为无穷大。输出阻抗在电路设计最特别需要注意。 但现实中的电压源，则不能做到这一点。我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源。这个跟理想电压源串联的电阻r，就是（信号源/放大器输出/电源）的内阻了。当这个电压源给负载供电时，就会有电流I从这个负载上流过，并在这个电阻上产生I×r的电压降。这将导致电源输出电压的下降，从而限
制了最大输出功率（关于为什么会限制最大输出功率，请看后面的“阻抗匹配”一问）。同样的，一个理想的电流源，输出阻抗应该是无穷大，但实际的电路是不可能的 三、阻抗匹配 阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。我们先从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源，总是有内阻的（请参看输出阻抗一问），我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么我们可以计算出流过电阻R的电流为：I=U/(R+r)，可以看出，负载电阻R越小，则输出电流越大。负载R上的电压为：Uo=IR=U/[1+(r/R)]，可以看出，负载电阻R越大，则输出电压Uo越高。再来计算一下电阻R消耗的功率为： P=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2) =U2×R/[(R-r)2+4×R×r] =U2/{[(R-r)2/R]+4×r} 对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由我们来选择的。注意式中[(R-r)2/R]，当R=r时，[(R-r)2/R]可取得最小值0，这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/(4×r)。即，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一。对于纯电阻电路，此结论同样适用于低频电路及高频电路。当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有
实验二 放大器输入、输出电阻和频响特性的测量 一、实验目的 掌握放大器输入电阻、输出电阻和频率特性的测量原理和方法。 二、实验原理 1.放大器输入电阻R i 的测试 最简单的测试方法是“串联电阻法”。其原理如图2-1所示，在被测放大器与信号源之间串入一个已知标准电阻R i ，只要分别测出放大器的输入电压U i 和输入电流I i ，就可以求出： R i =V i /I i = n R i R U U /=R i U U ?Rn 但是，要直接用交流毫伏表或示波器测试Rn 两端的电压U R 是有困难的，因U R 两端不接地。使得测试仪器和放大器没有公共地线，干扰太大，不能准确测试。为此，通常是直接测出U S 和U i 来计算R i ，由图不难求出： R i = i S i U U U -? Rn 注：测R i 时输出端应该接上R L ，并监视输出波形，保证在波形不失真的条件下进行上述测量。 S U 图2-1放大电路输入端模型 2.放大器输出电阻R o 的测试 放大器输出端可以等效成一个理想电压源U o 和R o 相串联，如图2-3所示。 在放大器输入端加入U S 电压，分别测出未接和接入R L 时放大器的输出电压U o 和U L 值，则 L L R U U R )1( 0-= 注意：要求在接入负载R L （或R W ）的前后，放大器的输出波形都无失真。
501mA β==CQ ，I ， 212*c B b p E R V R R R = ++12*5.1 1.7,10 5.1 p V R ==++ 20.9p R K =Ω 2626200(1) 200(1) 1.526,1be EQ mv mv r K I mA ββ=++=++=Ω 12()//// 1.13,i b p b be R R R R r K =+=Ω 3o c R R K ==Ω
运算放年夜器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在阐发它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头年夜。为此自己特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放年夜器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比方这是一个同向放年夜器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出V o=(1+Rf)Vi，那是一个反向放年夜器，然后得出Vo=Rf*V i……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾面试过至少100个以上的年夜专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放年夜器电路阐发得一点不错的没 有超出10个人！其它专业结业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不堪的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得入迷入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放年夜倍数很年夜，一般通用型运算放年夜器的开环电压放年夜倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压缺乏1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放年夜倍数越年夜，两输入真个电位越接近相等。
“虚短”是指在阐发运算放年夜器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不克不及将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很年夜，一般通用型运算放年夜器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入真个电流往往缺乏1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越年夜，两输入端越接近开路。“虚断”是指在阐发运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不克不及将两输入端真正断路。 在阐发运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘失落什么同向放年夜、反向放年夜，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘失落那些输入输出关系的公式……这些东东 只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放年夜器（其实在维修中和年夜大都设计过程中，把实际放年夜器当作理想放年夜器来阐发也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把“板斧”“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。 令狐采学
输入电阻和输出电阻(纠结了好长时间,看完就懂了) 关于输入电阻和输出电阻，纠结了好长时间，现在终于明白了，拿出来给大家看一下，呵呵输入电阻是用来衡量放大器对信号源的影响的一个性能指标。输入电阻越大，表明放大器从信号源取的电流越小，放大器输入端得到的信号电压也越大，即信号源电压衰减的少。理论基础：Us=（Rs Ri）×I。Rs为信号源内阻，Ri为放大器输入电阻。因此作为测量信号电压的示波器、电压表等仪器的放大电路应当具有较大的输入电阻。对于一般的放大电路来说，输入电阻当然是越大越好。如果想从信号源取得较大的电流，则应该使放大器具有较小的输入电阻。输出电阻用来衡量放大器在不同负载条件下维持输出信号电压（或电流）恒定能力的强弱，称为其带负载能力。当放大器将放大了的信号输出给负载电阻RL时，对负载RL来说，放大器可以等效为具有内阻Ro的信号源，由这个信号源向RL提供输出信号电压和输出信号电流。Ro称为放大器的输出电阻，它是从放大器输出端向放大器本身看入的交流等效电阻。如果输出电阻Ro很小，满足Ro<条件，则当RL在较大范围内变化时，就可基本维持输出信号电压的恒定。反之，如果输出电阻Ro很大，满足Ro>>RL条件，则当RL在较大范围内变化时，就可维持输出信号电流的恒定。如手机电池，它的内阻可以等效
看作输出电阻，用了几年后，内阻高了，也就要报废了，因为带不动外面的东西了。电压放大和互阻放大电路，即输出为电压信号的放大电路，Ro越小，负载RL对的变化对输出信号V o的影响越小。而且只要负载RL足够大，信号输出功率一般较低，能耗也较低。多用于信号的前置放大和中间级放大。对于一般的放大电路来说，输出电阻当然越小越好。电流放大和互导放大电路，即输出为电流信号的放大电路，与受控电流源并联的Ro越大，负载RL的变化对输出电流Io的影响越小。则与前两种相比当供电电源相同时，可得到较大输出电流信号，所以功率可能到达较大的值，对供电电源的能耗较大。通常用于电子系统的输出级，可作为各种输出物理变量变换器（如音响系统的扬声器，动力系统的电动机等）的驱动电路。
运算放大器基本电路大全 我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。 在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。 1．1 电源供电和单电源供电 所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。 绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。 单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。(参见1.3节) 图一 通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。另外现在运放的供电
运算放大器分类总结
一、通用型运算放大器通用型运算放大器 通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。例μA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。下面就实验室里也常用的LM358来做一下介绍: LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。： 外观管脚图 它的特点如下： ·内部频率补偿 ·直流电压增益高(约100dB) ·单位增益频带宽(约1MHz) ·电源电压范围宽：单电源(3—30V)双电源(±1.5 一±15V) ·低功耗电流，适合于电池供电 ·低输入偏流 ·低输入失调电压和失调电流 ·共模输入电压范围宽，包括接地 ·差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 ·输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)
大信号频率响应大信号电压开环增益 电压跟随器对小信号脉冲的响应 电压跟随器对小信号脉冲的响应 常用电路： （1）、正向放大器 根据虚短路，虚开路，易知：
（2）、高阻抗差分放大器 电路左半部分可以看作两个同向放大器，分别对e1，e2放大（a+b+1)倍，右半部分为一个差分放大器放大系数为C，因此得到结果： 0 (21)(1) eCeea b （3）、迟滞比较器 将输入电平与参考电平作比较，根据虚短路，虚开路有： 将输入电平与参考电平作比较，根据虚短路，虚开路有： 二、高精度运算放大器 所谓高精度运放是一类受温度影响小，即温漂小，噪声低，灵敏度高，适合微小信号放大用的运算放大器。 高精度运算放大器的运用范畴很广，在产业领域中可用于量测仪器、控
常用运算放大器电路(全集) 下面是[常用运算放大器电路(全集)]的电路图 常用OP电路类型如下: 1. Inverter Amp. 反相位放大电路: 放大倍数为Av = R2 / R1但是需考虑规格之Gain-Bandwidth数值。R3 = R4 提供1 / 2 电源偏压 C3 为电源去耦合滤波 C1, C2 输入及输出端隔直流 此时输出端信号相位与输入端相反 2. Non-inverter Amp. 同相位放大电路: 放大倍数为Av=R2 / R1 R3 = R4提供1 / 2电源偏压 C1, C2, C3 为隔直流
此时输出端信号相位与输入端相同 3. Voltage follower 缓冲放大电路: O/P输出端电位与I/P输入端电位相同 单双电源皆可工作 4. Comparator比较器电路: I/P 电压高于Ref时O/P输出端为Logic低电位 I/P 电压低于Ref时O/P输出端为Logic高电位 R2 = 100 * R1 用以消除Hysteresis状态, 即为强化O/P输出端, Logic高低电位差距，以提高比较器的灵敏度. (R1=10 K, R2=1 M) 单双电源皆可工作 5. Square-wave oscillator 方块波震荡电路: R2 = R3 = R4 = 100 K R1 = 100 K, C1 = 0.01 uF
Freq = 1 /（2π* R1 * C1） 6. Pulse generator脉波产生器电路: R2 = R3 = R4 = 100 K R1 = 30 K, C1 = 0.01 uF, R5 = 150 K O/P输出端On Cycle = 1 /（2π* R5 * C1） O/P输出端Off Cycle =1 /（2π* R1 * C1） 7. Active low-pass filter 主动低通滤波器电路: R1 = R2 = 16 K R3 = R4 = 100 K C1 = C2 = 0.01 uF 放大倍数Av = R4 / (R3+R4) Freq = 1 KHz 8. Active band-pass filter 主动带通滤波器电路:
放大器的输出入阻抗 一般我们常耳闻的说法是：扩大机的输入阻抗是愈高愈好，而输出阻抗是愈低愈好。为什么呢？ 因为输入阻抗高了，从讯号源来的讯号功率强度就可以不必那么大。 这么说也许还有读者不甚了解，让我们再回想一下欧姆定律；假设讯源输出不甚了解，让我们再回想一下欧姆定律；假设讯源输出一个固定电压，传送往下一级，如果这一级的输入阻抗高，是不是由讯源所提供的讯号电流就可以降低？ 如果输入阻抗非常非常的高，则几乎不会消耗讯号电流(当然还是会有)就可以驱动这一级电路工作，换句话说就是几乎只要有讯号电压，电路就可以正常工作；但是对于低输入阻抗的电路呢？就正好相反了，它必须要求讯号能源能提供较为大量的讯号电流，因为在同一个电压下，低输入阻抗会流进较大的讯号电流，如果讯源提供的电流强度不足以满足下一级电路的需求，它就不能完美地驱动下一级电路。而讯源的电压和电流的乘积就是讯源的功率了。 何谓低输出阻抗呢？它有什么好处呢？ 通常低输出阻抗被提到地方大半是指前级扩大机的输出阻抗，后级通常是称作输出内阻的。前级的低输出阻抗有几个好处：
一．通常会强调低输出阻抗即表示了它有较大的电流输出能力，容易搭配一些低输入阻抗的器材(后级)； 二．低输出阻抗可以驱动长的讯号线及电容量较大的负载，以音响用前级为例；前级的输出阻抗在与讯号线结合后，输出阻抗加上讯号线本身固有的电阻与电容会形成一个R C滤波的网路，当输出阻抗愈高时，则经过讯号线后的讯号，其高频端的滚降点就会越低，反之则愈高。 你应该不会希望高频滚降点移进耳朵听得到的音频范围吧？ 所以遇上电容量大的讯号线，你还是选一部输出阻抗低一点的前级较为保险。这也是为什么每一种讯号线会有不同声音部份原因。 有了以上大略的说明，你应该可以明白；所谓扩大机输入阻抗愈高愈好，输出阻抗愈低愈好，其主要理由即在此一在与其它器材互相搭配时，其匹配性比较高。 那么照此说来，我们就把每一部扩大机不论是前级或是后级的输入阻抗都设计得很高，输出阻抗都设计得很低，不是就完美无缺了吗？ 让我们再从输入阻抗看起，由于高输入阻抗所需的讯号电流较少，可知连接其上的讯号线中流动的电流必较小，因此对于讯号线品质的要求就可以不必那么高，因为少了一个电流的干扰因素在内，这也是高输入阻抗带来的另一个优点。但是高输入阻抗的优点
几个常用经典差动放大器应用电路详解 成德广营浏览数：1507发布日期：2016-10-10 10:48 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。关键词：CMRR差动放大器差分放大器 简介 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。 大学里的电子学课程说明了理想运算放大器的应用，包括反相和同相放大器，然后将它们进行组合，构建差动放大器。图 1 所示的经典四电阻差动放大器非常有用，教科书和讲座 40 多年来一直在介绍该器件。 图 1. 经典差动放大器 该放大器的传递函数为： 若R1 = R3 且R2 = R4，则公式 1 简化为：
这种简化可以在教科书中看到，但现实中无法这样做，因为电阻永远不可能完全相等。此外，基本电路在其他方面的改变可产生意想不到的行为。下列示例虽经过简化以显示出问题的本质，但来源于实际的应用问题。 CMRR 差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如图1 所示，假设V2 为 5 V，V1 为 3 V，则4V为共模输入。V2 比共模电压高 1 V，而V1 低 1 V。二者之差为 2 V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2 V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1 和V2 之间的有效电压差出现在VOUT ，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB）。 在1991 年的一篇文章中，Ramón Pallás-Areny和John Webster指出，假定运算放大器为理想运算放大器，则共模抑制可以表示为： 其中，Ad为差动放大器的增益， t 为电阻容差。因此，在单位增益和 1%电阻情况下，CMRR 等于 50 V/V（或约为 34 dB）；在 0.1%电阻情况下，CMRR等于 500 V/V（或约为 54 dB）-- 甚至假定运算放大器为理想器件，具有无限的共模抑制能力。若运算放大器的共模抑制能力足够高，则总CMRR受限于电阻匹配。某些低成本运算放大器具有 60 dB至 70 dB的最小CMRR，使计算更为复杂。 低容差电阻 第一个次优设计如图 2 所示。该设计为采用OP291 的低端电流检测应用。R1 至R4 为分立式 0.5%电阻。由Pallás-Areny文章中的公式可知，最佳CMR为 64 dB.幸运的是，共模电压离接地很近，因此CMR并非该应用中主要误差源。具有 1%容差的电流检测电阻会产生 1%误差，但该初始容差可以校准或调整。然而，由于工作范围超过 80°C，因此必须考虑电阻的温度系数。
了解运放的输入输出阻抗 一、概念 1.1输入阻抗（Input Resistance）也被称为差模输入阻抗：Z ID。差模输入阻抗的定义为：运放工作在线性区时，两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。 差模输入阻抗中包含输入电阻和输入电容。在低频时它仅指输入电阻。一般产品的数据手册也仅仅给出输入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧；场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。Z ID愈大，从信号源索取的电流愈小，放大电路所得到的输入电压Ui就越接近信号源电压Us。 在TI的数据手册中，运放TLC27L4的输入电阻为：“”，但并未给出输入电容的值。 1.2输出阻抗定义为，运放工作在线性区时，在运放的输出端加信号电压，这个电压变化量与对应的电流变化量的比值。在低频时仅指运放的输出电阻。 二、仿真 2.1输入电阻的仿真 图一输入电阻的仿真 根据：R=U/I，可得：Ri≈1×109Ω。较手册给出的典型值（1012Ω）差了好多。
首先测试100Hz时运放的输出值，Vo1=42.426mV。如图二示： 图二输入电容的仿真1 然后测试输出-3dB（0.707Vo1=29.995182mV）时的频率值：119.4608kHz。 图三输入电容的仿真2 根据：C=（2πRf）-1，将R=2MΩ、f=119.4608kHz代入，则得Ci≈0.666pF。
图四输出电阻的仿真 在图四中，运放不接负载电阻R2时的输出电压为：V1=141.419mV，接上负载电阻后的输出为：V2=141.413mV。则：Ro=（V1-V2)×R2÷V2≈4.6mΩ。 三、实测 3.1输入电阻的测试 根据图一电路原理，对TLC27L4CN进行输入电阻的实测。其输入、输出波形如下图：
实验二放大器输入、输出电阻和频响特性的测量 一、实验目的 掌握放大器输入电阻、输出电阻和频率特性的测量原理和方法。 二、实验原理 1. 放大器输入电阻R的测试 最简单的测试方法是串联电阻法”其原理如图2-1所示，在被测放大器与信号源之间串入一个已知标准电阻R i，只要分别测出放大器的输入电压U和输入电流I i，就可以求出：R i=V i/|i= Ui=U L ?Rn U R/R n U R 但是，要直接用交流毫伏表或示波器测试Rn两端的电压U R是有困难的，因U R两端不接地。使得测试仪器和放大器没有公共地线，干扰太大，不能准确测试。为此，通常是直接测出U S和U来计算R i，由图不难求出： U S U i 对阻容耦合放大器，由于耦合电容及射极电容的存在，使A V随信号频率的降低而降低；又因分布电容的存在及受晶体管截止频率的限制，使A V随信号频率的升高而降低。 仅中频段，这些电容的影响才可忽略。描述A V与f关系的曲线称为RC耦合放大器的幅频特性曲线，如图2-4所示。 图中，A V=0.707A V时所对应的f H和f L分别称为上限频率和下限频率，B称为放大器的通频带，其值为B=f H-f L。 -B ----------- ---------------------- 图2-4幅频特性曲线 R i= U i Rn 注：测R i时输出端应该接上R L，并监视输出波形，保证在波形不失真的条件下进行 上述测量。 3?放大器幅频特性的测试
、实验内容分析: _____ 1 _____ f _______ 1— 2 2 (R c R L )C 2 2 r be C 1 图2-4高频等效电路 四、实验内容、方法及结果： 1. 调整静态工作点 （1） 按图2-5所示电路，接好并检查无误后，接通直流电源 +12V ，在无信号输入情 况下，调整偏置可变电阻 R P ,使I C 1mA,（即U RC =3V ） （2） 测量 U CQ 、U CEQ 、U EQ 、U BEQ 和 U BQ 的值。 图2-5共射极放大电路 2 ?测量输入电阻 在静态工作点不变的情况下，将开关 K 打开，用函数信号发生器在输入端加入 Us=10mV 、f=1KHZ 的正弦信号，用毫伏表测量出此时的U S , U i 值。测量结果记入表1-2 中,按“串联电阻法”测量原理，计算出输入电阻的大小。 开关K 闭合保持静态工作点不变，输入信号的频率、电压不变，分别测出不接和接 时的输出电压U 。、U L ,测量结果记入表2-2中,计算出输出电阻的大小 表2-1 开关K 闭合，保持输入信号幅度不变，在输出信号不失真的前提下，改变输入信号 的频率， 测出输出电压的大小，找出 f L ,f H 计算出B 值，结果记入表2-3中。 表 2-3 五、 实验结果分析、小结： f l2 1 2 r be C i 3 2 *1.526*10 *0.84*10 12 4 Hz ,
几种常用集成运算放大器的性能参数 1．通用型运算放大器 A741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。μ通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。例 2．高阻型运算放大器 ，IIB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。Ω这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid＞（109~1012） 3．低温漂型运算放大器 在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中，总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。4．高速型运算放大器 s，BWG＞20MHz。μA715等，其SR=50~70V/μ在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中，要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高，单位增益带宽BWG一定要足够大，像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、 5．低功耗型运算放大器 W，可采用单节电池供电。μA。目前有的产品功耗已达微瓦级，例如ICL7600的供电电源为1.5V，功耗为10μ由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便，所以随着便携式仪器应用范围的扩大，必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作电压为±2V~±18V，消耗电流为50~250 6．高压大功率型运算放大器 A791集成运放的输出电流可达1A。μ运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中，输出电压的最大值一般仅几十伏，输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流，集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路，即可输出高电压和大电流。例如D41集成运放的电源电压可达±150V， 集成运放的分类 1. 通用型 这类集成运放具有价格低和应用范围广泛等特点。从客观上判断通用型集成运放，目前还没有明确的统一标准，习惯上认为，在不要求具有特殊的特性参数的情况下所采用的集成运放为通用型。由于集成运放特性参数的指标在不断提高，现在的和过去的通用型集成运放的特性参数的标准并不相同。相对而言，在特性
运算放大器应用电路的设计与制作 (一） 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。 输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益A ud =∞；输入阻抗r i =∞；输出阻抗r o =0；带宽f BW =∞；失调与漂移均为零等理想化参数。 2.理想运放在线性应用时的两个重要特性 输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U O ＝A ud （U +－U －）,由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。
由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 3. 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R ’＝R 1 // R F 。 输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: i 1 f O U R R U - =