第五章运算放大电路

第五章含有运算运算放大器的电阻电路

§5-2

比例电路的分析§5-3

含有理想运算放大器的电路的分析

§5-1运算放大器的电路模型

§5-1

运算放大器的电路模型一、运算放大器的作用：

运算放大器简称运放，是一种包含许多晶体管的集成电路，也是一种多端元件。一般放大器的作用是把输入电压放大一定倍数后再输送出去，其输出电压与输入电压的比值称为电压放大倍数或电压增益。运放的增益很高，可达几万倍，由于它能完成加法、减法、积分、微分等数学运算而被称为运算放大器。运放有多种型号，内部结构也各不相同，但从电路分析的角度出发，我们感兴趣的是运放的外部特性及其运放的电路模型。二、电路图形符号两个输入端a

、b

和一个输出端o

。电源端子和连接直流偏置电压，以维持运放内部晶体管正常工作。接正电压，接负电压，这里的电压的正负是对地或公共端而言的。运放具有“单方向”性质(图中图形符号就代表这种性质)。b端：同向输入端或非倒向输入端。a端：反向输入端或倒向输入端。o端：输出端,输出电压。

A：开环电压放大倍数。如果在a、b端分别同时加输入电压、，则有：这种输入方式称为差分输入，称为差分（或差动）输入电压。三、运算放大器的外特性（与之间的关系曲线）Usat-Usatuo/Vud/mVO实际特性近似特性（与之间的关系曲线）分三个区域：①线性工作区：②正向饱和区：③反向饱和区：A：电压放大倍数称为饱和电压。其值略低于直流偏置电压值。这里是一个数值很小的电压，例如Usat=13V,A=105，则=0.13mV。三、运放的等效电路模型Rin：运算放大器两输入端间的输入电阻。Ro：运算放大器的输出电阻。在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理：①Auo为有限值，则ud=0,即u+

=u-

。②Rin

四、理想运算放大器i+

=0,i-

=0。即从输入端看进去，元件相当于开路(虚开路)。两个输入端之间相当于短路(虚短路)；i+i-理想运放的电路符号uoud0Usat-Usat(外特性)正向饱和区

ud>0反向饱和区

ud<0理想运算放大器：（在线性区域内）Rin

=、Ro

=0、

A=实际运算放大器的工作情况比以上分析要复杂。例如，放大倍数A不仅为有限值，而且随着频率的增高而下降。例：下图是倒向比例器：运放开环工作极不稳定，一般外部接若干元件(R、C等)，使其工作在闭环状态。

§5-2

比例电路的分析12运放等效电路由于带入上二式，得：解方程：所以：因A一般很大，Ro很小，Rin很大。表明uo

/uin只取决于反馈电阻R2与R1比值，负号表明uo和uin总是符号相反(反相比例器)。设A=50000，Rin=1M，Ro=100，R2=100K，R1=10K，则可见用足够精确。若是理想运算放大器，则由于Rin

=、Ro

=0、

A=，根据：与上述结果相同。§5-3

含有理想运算放大器的电路的分析①倒向端和非倒向端的输入电流均为零。②对于公共端（地），倒向输入端的电压与非倒向输入端的电压相等。根据理想运放的性质，可以得到以下两条规则：“虚断路”“虚短路”。虚断路虚短路1、由理想运放构成的反相比例器：规则1“虚断”：规则2“虚短”：得：(1)当R1和R2

确定后，为使uo不超过饱和电压(即保证工作在线性区)，对uin有一定限制。(2)运放不工作在开环状态(极不稳定，振荡在饱和区)，都工作在闭环状态，输出电压由外电路决定。(R2

接在输出端和反相输入端,称为负反馈。)注意：当R2

=R1时，组成反相器，如下图：2.加法器3u1RfRou1ii?u??u?i2R3R2u1u2i3i1规则1“虚断”：规则2“虚短”：得：若：有：3.正相比例器规则1“虚断”：规则2“虚短”