《电路》课程教学资源（PPT课件）第5章 含运算放大器的电阻电路

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH第五章含运算放大器的电阻电路Operational Amplifier重点（1）理想运算放大器的外部特性；（2）含理想运算放大器的电阻电路分析：（3）熟悉一些典型的电路；回

（1）理想运算放大器的外部特性； （2）含理想运算放大器的电阻电路分析； （3）熟悉一些典型的电路； ⚫重点 第五章 含运算放大器的电阻电路 Operational Amplifier

HHHHHHHHH$ 5.1运算放大器的电路模型OpAmplifier'smodle●1.简介运算放大器（operationalamplifier）是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应用于1940年，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T一越广泛的应用HHHHHHHH主要用于模拟计算机，可模拟加、减、积分等应用运算，对电路进行模拟分析。在信号处理、测量及波形产生方面也获得广泛应用。回文贝

⚫ 运算放大器(operational amplifier) 是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应 用于1940年，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。 ⚫ 应用 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。在信号处理、测 量及波形产生方面也获得广泛应用。 ⚫1. 简介 § 5.1 运算放大器的电路模型 Op Amplifier’s modle

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH电路中间级输出级输入级用以电输入端输出端压放大偏置单向放大电路+15V符号28个管脚：2：反相输入端63：同相输入端4、7：电源端35416：输出端1、5：外接调零电位器- 15V8：空脚上页这回下页

⚫ 电路 输 入 级 偏置 电路 中间级 用以电 压放大 输 出 级 输入端 输出端 ⚫ 符号 7 6 4 5 3 2 1 +15V －15V 8个管脚：2：反相输入端 3：同相输入端 4、7：电源端 6：输出端 1、5：外接调零电位器 8：空脚 单 向 放 大

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH在电路符号图中一般不画出直流电电路符号源端，而只有a,b，o三端和接地端aa:反向输入端，输入电压u00bob：同向输入端，输入电压u十+uo：输出端，输出电压u。u.1：公共端（接地端）A：开环电压放大倍数，可达十几万倍其中参考方向如图所示，每一点均为对地的电压，在接地端未画出时尤须注意这回上页贝

+ _ _ + u + u - + _ uo a o + _ ud _ + A + b ⚫ 电路符号 a:反向输入端，输入电压 u － b:同向输入端，输入电压 u + o:输出端, 输出电压 uo 在电路符号图中一般不画出直流电 源端，而只有a,b,o三端和接地端。 其中参考方向如图所示，每一点均为对地的电压 ，在 接地端未画出时尤须注意。 A：开环电压放大倍数，可达 十几万倍 : 公共端(接地端)

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH在 a,b 间加一电压u=u+-2.运算放大器的静特性可得输出u.和输入u.之u，a间的转移特性曲线如下：RA1ud+分三个区域：十uo十0ut①线性工作区：b[udl 则 u= Usat实际特性③反向饱和区：188OUamVud<- 则 u。=-Usat是一个数值很小的电压，例如UsatUsat=13V,A =105 ,则ε=0.13mV返回上页贝

在 a,b 间加一电压 ud =u +- u -，可得输出uo和输入ud之 间的转移特性曲线如下： 分三个区域： ①线性工作区： |ud |  则 uo= Usat ud<-  则 uo= -Usat 2. 运算放大器的静特性 是一个数值很小的电压，例如 Usat=13V,A =105 ，则=0.13mV。 Usat -Usat -  Uo /V O Ud/mV 实际特性 近似特性 a u + u- uo o + _ ud _ + A + b

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH输出电阻3.电路模型当： u+= 0, 则u= -AuuR当： u-= 0, 则u=Au +n十RA(u+L4.理想运算放大器在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理：输入电阻u.为有限值，则u.=0,即u+=u-，两个输?A-→8E入端之间相当于短路（虚短路）：计-0，i=0。即从输入端看进去? R;-→0元件相当于开路（虚断路）。这回页下页

3. 电路模型 输入电阻 输出电阻 当: u += 0, 则uo =－Au－ 当: u－= 0, 则uo=Au＋ 在线性放大区，将运放 电路作如下的理想化处理： ① A→ uo为有限值，则ud=0 ,即u +=u -，两个输 入端之间相当于短路(虚短路)； ② Ri→ 4. 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(虚断路)。 + _ A(u +-u - ) Ro Ri u + u - ＋ － uo

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHs 5. 2 比例电路的分析Scale Circuit Analysis1.反相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。RRRRR运放等效电路回

§ 5.2 比例电路的分析 Scale Circuit Analysis 1. 反相比例器 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。 R1 Ri Rf Ro Au1 + _ + _ u1 + _ uo + _ ui RL 运放等效电路 1 2 + _ uo _ + A + + _ ui R1 Rf RL 1 2

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH用结点法分析：（电阻用电导表示R(Gi+G;+G)un1-Gun2=Giu;R?2Grun1 +(G+G,+GL)un2-G.AuiRui=unl整理，得(G,+G;+G)un1-Grun2=Giu;运放等效电路(-Gr+GA)un1+(G++G,+GL)un2 =0解得GG(AG-G)uU。 =Un2GG(AG-G)+(G +G+G)(G +Go+GL)这回上页下页

用结点法分析：(电阻用电导表示) (G1+Gi+Gf )un1-Gf un2=G1ui -Gf un1＋(Gf+Go+GL)un2 =GoAu1 u1=un1 整理，得 (G1+Gi+Gf )un1-Gfun2=G1ui (-Gf +GoA)un1＋(Gf+Go+GL)un2 =0 解得 i f O f 1 i f f L f O f f 1 o n2 ( ) ( )( o ) ( ) u G AG G G G G G G G G AG G G G u u - + + + + + - = =- ´ R1 Ri Rf Ro Au1 + _ + _ u1 + _ uo + _ ui RL 运放等效电路 1 2

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHGG(AG-G)U.=un2G G(AG-G)+(G +G+G)(G +Go+G)因A一般很大，上式中分母中G(AG-G)一项的值比(Gi+ G + G)(Gi+ G + G)要大得多。所以，后一-项可忽略，得GRu~u;UGrR表明u。/u只取决于反馈电阻R与R比值，而与放大器本身的参数无关。负号表明u.和u总是符号相反（反相比例器）。近似结果可将运放看作理想情况而得到，上页这回下页

因A一般很大，上式中分母中Gf (AGo -Gf )一项的值 比(G1+ Gi + Gf ) (G1+ Gi + Gf )要大得多。所以，后一 项可忽略，得 近似结果可将运放看作理想情况而得到。 表明 uo / ui只取决于反馈电阻Rf与R1比值，而与放 大器本身的参数无关。负号表明uo和ui总是符号相反 (反相比例器)。 i f O f 1 i f f L f O f f 1 o n2 ( ) ( )( o ) ( ) u G AG G G G G G G G G AG G G G u u - + + + + + - = =- i 1 f i f 1 o u R R u G G u  - = -

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH根据理想运放的特性分析(1)根据“虚短”：Ru+=u-=0, i=u;/RRi=-u./Rr8十(2)根据“虚断”?URui=0,i=iiR-uiuoR注意(1)当R，和R，确定后，为使u。不超过饱和电压（即保证工作在线性区），对u有一定限制。2）运放工作在开环状态极不稳定，振荡在饱和区：工作在闭环状态，输出电压由外电路决定。（R，接在输出端和反相输入端，称为负反馈）这回贝贝

根据理想运放的特性分析： (1) 根据“虚短”： （2）根据“虚断”： (1)当 R1 和 Rf 确定后，为使 uo 不超过饱和电压(即保 证工作在线性区)，对ui有一定限制。 (2)运放工作在开环状态极不稳定，振荡在饱和区;工作在闭 环状态，输出电压由外电路决定。 ( Rf 接在输出端和反 相输入端,称为负反馈)。 注意 u + = u - =0，i1= ui /R1 i2= -uo /Rf i-= 0，i2= i1 + _ uo _ +  + + _ ui R1 Rf RL i1 i2 u + u - i 1 f o u R R \ u = -