05第五章运算放大器

第五章运算放大器电阻电路

§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运算放大器(operationalamplifier)：是一种在电路中有着十分广泛用途的电路器件。最早开始应用于1940年，主要用于模拟计算机，可模拟加、减、积分等运算，对电路进行模拟分析。1960年后，随着集成电路技术的发展，运算放大器逐步集成化，大大降低了成本，获得了越来越广泛的应用。运算放大器基本上是高放大倍数的直接耦合的放大器(一般内部由20个左右的晶体管组成)，可用来放大直流和频率不太高的交流信号。

§5-1

运算放大器的电路模型一、电路符号两个输入端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。当输入电压加在b端与公共端之间，与两者的实际方向相对公共端恰好相同。(参考方向如图所示，每一点均为对地的电压，在接地端未画出时尤须注意。)a端：

反向输入端或倒向输入端。当输入电压加在a端与公共端之间，输出电压实际方向则自公共端指向o端。两者方向正好相反。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动输入，称为差动输入电压。非倒向端接地，倒向端加输入电压：倒向端接地，非倒向端加输入电压：“

-

”表示与相对公共端恰好相反。“

+

”表示与相对公共端恰好相同。二、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：①A

uo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。思考题：已知运算放大器的开环电压增益A=105，饱和电压Usat=10V，若要求运放工作在线性区，试问输入电压ud的变化范围？Usat-Usatuo

/Vud

/mVO近似特性例：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：y=-x-1xy2.加法器规则1“虚断”：规则2“虚短”：加法器：y=x1+x2+x3

，符号如下图：+-1-yyx1x2x3得：若：有：3.正相比例器规则1“虚断”：规则2“虚短”：4.电压跟随器应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。加入负载后，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。未接负载小结：(1)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）理想运