结合proteus8仿真-运算放大器理解与学习

1、结合proteus8仿真，运算放大器理解与学习初学运算放大器时，真是一知半解，完全搞不清楚啥是啥。后来从事硬件工作后，运算放大器的应用非常广泛，所以结合Proteus8仿真软件重新整理了一下运算放大器基本电路的工作原理，并结合仿真结果对其进行分析。在本文的学习中，不再对运算放大器进行废话连篇的“上至五千年回顾，下至八百年展望”套路表述，我们直接进入正题，有不足或不对之处，恳请批评指正，不胜感激！本文将从以下几个方面展开：一、 运算放大器的结构和其两大特性（“虚短”“虚断”）；二、 运算放大器基本电路原理分析和仿真结果；一、 运算放大器的结构和其两大特性（“虚短”“虚断”）为理解方便和考虑初学时

2、减少难度，在此不详细介绍运算放大器的内部结构，经典uA741运放内部结构简图如图1所示，放大器内部主要由三极管组成；电路符号如图2所示。其经典之处是由于4、7引脚接入正负电源，即使没有负反馈（偏置电路）也可保证6引脚的输出电压不会被无限放大，以确保电路安全。I+ U+图 2 uA741电路符号图 Error! Main Document Only. uA741运放内部结构简图I- U-正是由于其内部结构，才使得运算放大器有“虚短”和“虚断”两大特性。理解这两点将对电路分析有至关重要的作用。如图2中，“2”引脚为反相输入端，“3”引脚为同向输入端。“虚断”是指输入阻抗（可理解为电阻）非常大，即从

3、“2”“3”引脚输入的电流几乎为0（在下面的仿真中将会验证），I+I-0; “虚短”是指“2”“3”引脚之间几乎无压降，即U+U-。如果暂时无法从内部电路图理解这两个特性也没关系，只要在我们电路分析时会正确运用即可。二、运算放大器基本电路原理分析和仿真结果；拿到一个原理图，我们首先要判断是反向放大器还是同相放大器，判断的依据很简单，就是看信号是从同相端（“3”引脚）还是从反相端（“2”引脚）输入，从同相端输入，即为同相放大器。根据以下几个仿真实例，认认真真的弄明白后，相信你就能基本掌握放大器基本电路原理和分析方法，即使以后遇到再复杂的电路都能迎刃而解。如图3所示，是一个反向放大器电路仿真结果，

4、反向输入端为+5V直流电压，同向输入端接地，输出端通过R2 形成负反馈。UIUO节点P图 3反向放大器电路仿真结果图中 为电流探针，用来显示支路上的电流；图标 为电压探针，显示支路上的电压。放大器反相输入端的电流（节点P之后）I=1.0×10-5，几乎为零，电流无法从 “2”端口流入放大器，体现了输入高阻态“虚断”的特性。从仿真结果可以看出，电流从节点P向下流经R2到达输出端，因此流经R1、R2的电流I1= I2。“3”引脚接地，又由于“2”“3”引脚“虚短”特性，U+U-0。因此可以假想认为整个电路中共有两条回路：回路1：+5VR1“2”“3”接地回路2：地“3”“2”R2Uo回路

5、1中的电流：I1=5V1K=0.005A;所以输出端电压UO=-I1×2K=-10V在以上分析过程中务必要正确理解和运用“虚断”和“虚短”特性，理论推导过程如下：I1=UIR1 UO=-I1×R2=-R2R1UI这就是反向放大器基本电路原理分析，从推导公式可得，输入电压一定时，输出电压大小与R2R1比值成正比，因此，为得到合适的放大倍数，我们只需调整电阻R1R2阻值关系即可。图3的实例中，R2=2 R1,因此放大倍数为2.如图4所示，是一个同向放大器电路仿真结果，同向输入端为+2V直流电压，反向输入端与输出端连接形成负反馈，结合仿真结果，进行分析如下：图 4 同向放大器仿真结果UoUI由于“虚短”特性，U+U-，“2”引脚端电压为+2V，电路中也有两个回路：回路1，“2”引脚R7接地;回路2，UoR6R7接地R6、R7串联，电流相等，可得：UIR7=UoR7+R6