第五章運算放大電路

第五章含有運算運算放大器的電阻電路

§5-2

比例電路的分析§5-3

含有理想運算放大器的電路的分析

§5-1運算放大器的電路模型

§5-1

運算放大器的電路模型一、運算放大器的作用：

運算放大器簡稱運放，是一種包含許多晶體管的集成電路，也是一種多端元件。一般放大器的作用是把輸入電壓放大一定倍數(shù)后再輸送出去，其輸出電壓與輸入電壓的比值稱為電壓放大倍數(shù)或電壓增益。運放的增益很高，可達(dá)幾萬倍，由于它能完成加法、減法、積分、微分等數(shù)學(xué)運算而被稱為運算放大器。運放有多種型號，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也各不相同，但從電路分析的角度出發(fā)，我們感興趣的是運放的外部特性及其運放的電路模型。二、電路圖形符號兩個輸入端a

、b

和一個輸出端o

。電源端子和連接直流偏置電壓，以維持運放內(nèi)部晶體管正常工作。接正電壓，接負(fù)電壓，這里的電壓的正負(fù)是對地或公共端而言的。運放具有“單方向”性質(zhì)(圖中圖形符號就代表這種性質(zhì))。b端：同向輸入端或非倒向輸入端。a端：反向輸入端或倒向輸入端。o端：輸出端,輸出電壓。

A：開環(huán)電壓放大倍數(shù)。如果在a、b端分別同時加輸入電壓、，則有：這種輸入方式稱為差分輸入，稱為差分（或差動）輸入電壓。三、運算放大器的外特性（與之間的關(guān)系曲線）Usat-Usatuo/Vud/mVO實際特性近似特性（與之間的關(guān)系曲線）分三個區(qū)域：①線性工作區(qū)：②正向飽和區(qū)：③反向飽和區(qū)：A：電壓放大倍數(shù)稱為飽和電壓。其值略低于直流偏置電壓值。這里是一個數(shù)值很小的電壓，例如Usat=13V,A=105，則=0.13mV。三、運放的等效電路模型Rin：運算放大器兩輸入端間的輸入電阻。Ro：運算放大器的輸出電阻。在線性放大區(qū)，將運放電路作如下的理想化處理：①Auo為有限值，則ud=0,即u+

=u-

。②Rin

四、理想運算放大器i+

=0,i-

=0。即從輸入端看進(jìn)去，元件相當(dāng)于開路(虛開路)。兩個輸入端之間相當(dāng)于短路(虛短路)；i+i-理想運放的電路符號uoud0Usat-Usat(外特性)正向飽和區(qū)

ud>0反向飽和區(qū)

ud<0理想運算放大器：（在線性區(qū)域內(nèi)）Rin

=、Ro

=0、

A=實際運算放大器的工作情況比以上分析要復(fù)雜。例如，放大倍數(shù)A不僅為有限值，而且隨著頻率的增高而下降。例：下圖是倒向比例器：運放開環(huán)工作極不穩(wěn)定，一般外部接若干元件(R、C等)，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。

§5-2

比例電路的分析12運放等效電路由于帶入上二式，得：解方程：所以：因A一般很大，Ro很小，Rin很大。表明uo

/uin只取決于反饋電阻R2與R1比值，負(fù)號表明uo和uin總是符號相反(反相比例器)。設(shè)A=50000，Rin=1M，Ro=100，R2=100K，R1=10K，則可見用足夠精確。若是理想運算放大器，則由于Rin

=、Ro

=0、

A=，根據(jù)：與上述結(jié)果相同。§5-3

含有理想運算放大器的電路的分析①倒向端和非倒向端的輸入電流均為零。②對于公共端（地），倒向輸入端的電壓與非倒向輸入端的電壓相等。根據(jù)理想運放的性質(zhì)，可以得到以下兩條規(guī)則：“虛斷路”“虛短路”。虛斷路虛短路1、由理想運放構(gòu)成的反相比例器：規(guī)則1“虛斷”：規(guī)則2“虛短”：得：(1)當(dāng)R1和R2

確定后，為使uo不超過飽和電壓(即保證工作在線性區(qū))，對uin有一定限制。(2)運放不工作在開環(huán)狀態(tài)(極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū))，都工作在閉環(huán)狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。(R2

接在輸出端和反相輸入端,稱為負(fù)反饋。)注意：當(dāng)R2

=R1時，組成反相器，如下圖：2.加法器3u1RfRou1ii?u??u?i2R3R2u1u2i3i1規(guī)則1“虛斷”：規(guī)則2“虛短”：得：若：有：3.正相比例器規(guī)則1“虛斷”：規(guī)則2“虛短”