《电路》课程教学资源（PPT课件讲稿）第5章 含有运算放大器的电阻电路

第五章含有运算放大器的电阻电路 内容提要 ·运算放大器的电路模型 ·理想运放的两条重要规则 ·含理想运放电路的分析要点 ·几个典型电路

第五章 含有运算放大器的电阻电路 内容提要 • 运算放大器的电路模型 • 理想运放的两条重要规则 • 含理想运放电路的分析要点 • 几个典型电路。 1

§5-1运算放大器的电路模型 一、集成运算放大器简介 LM32UN 是一个包含许多晶体管的集 W9909448 M108H MALAYSTA 成电路，电压放大倍数（输出电 压与输入电压的比值)很高。 M51957B B9442AB 03C9 最初主要用于模拟计算机， M324J 故称集成运算放大器。如今，集 成运算放大器的应用早已超出模 拟计算的范踌。它象一个性能很 141312111098 高的晶体管，只要外加少数几个 元件，就能方便地完成各种各样 的功能

§5-1 运算放大器的电路模型 一、集成运算放大器简介 是一个包含许多晶体管的集 成电路，电压放大倍数(输出电 压与输入电压的比值）很高。 最初主要用于模拟计算机， 故称集成运算放大器。如今，集 成运算放大器的应用早已超出模 拟计算的范踌。它象一个性能很 高的晶体管，只要外加少数几个 元件，就能方便地完成各种各样 的功能。 2

二、集成运放的应用 应用广泛，电路形式千变万化，但从工作状态 看，分为线性应用和非线性应用两大类。 1.线性应用 运放工作于线性放大状态。 信号处理 可构成各种电压放大器、有源滤波器 和比例、加、减、 乘、除、指数、对数、微分、积分等线性运算电路； 2.非线性应用 模拟运算 运放工作于开关状态。 构成电压比较器、各种非正弦波发生器（方波、三角波、 锯齿波)等

二、集成运放的应用 应用广泛，电路形式千变万化，但从工作状态 看，分为线性应用和非线性应用两大类。 1.线性应用 运放工作于线性放大状态。 可构成各种电压放大器、有源滤波器 和 比例、加、减、 乘、除、指数、对数、微分、积分等线性运算电路； 2.非线性应用 运放工作于开关状态。 构成电压比较器、各种非正弦波发生器(方波、三角波、 锯齿波)等。 信号处理 模拟运算 3

国产F007内部原理图（对应国外mA741) 0 同相输入端 A=105.5 正电源 反相 输入端 反相 输入 +15V A 调零端 调零端 输 0 端 同相 -15V 输入

国产F007内部原理图(对应国外mA741) 同 相 输 入 端 反相 输入端 输 出 端 正 电 源 负 电 源 调 零 端 调 零 端 A=105.5 u + u - uo + - + A 反相 输入 同相 输入 输 出 端 u - u + uo +15V -15V 4

三、集成运放的输入、外特性、电路模型 > u o 1 ua ud 1.输入情况 (2)若只在一个输入端 (1)若在两个输入端同 加输入电压，另一端接 时加输入电压u+和u 有：u。=A(ut-r)=Aua 地，则称为单端输入。 反相输入：u。=-Au 这叫做双端输入。 ua=u+-W称差动电压。 同相输入：u。=A 因此也称差动输入方式。 5

三、集成运放的输入、外特性、电路模型 uo =-Au - 同相输入：uo=Au + u - u + uo + - + A ud 1.输入情况 (1) 若在两个输入端同 时加输入电压 u + 和u - 有：uo = A (u +-u - ) = A ud 这叫做双端输入。 ud =￾u +-u - ￾￾称差动电压。 (2) 若只在一个输入端 加输入电压，另一端接 地，则称为 单端输入。 uo + - + A ud u - uo + - + A ud u + 反相输入： 因此也称差动输入方式。 5

2.外特性（电压传输特性） sat (1)当wa|口e时 u。=Aua -e ua/mV 运放在线性放大 状态下工作。 sat l-7 ±13 105.5 u的变化范围非常小。 F007:A≈105.5 (2)当ua口e时 Ec=±15V u,±Ua,不再随输 Usar413V 入u的变化而改变 A很大，传输特性很陡， 运放处于饱和状态。 6

2. 外特性 (电压传输特性) (1) 当| ud | ￾ e 时 (2) 当| ud | ￾ e 时 uo /V ud /mV o -Usat -e Usat e ud ≤ 105.5 uo ±13 A = F007：A≈ 105.5 EC =±15V Usat ≈±13V uo ≈±Usat，不再随输 入ud的变化而改变 A 很大，传输特性很陡， 运放处于饱和状态。 运放在线性放大 状态下工作。 uo = A ud ud的变化范围非常小。 6

3.运放的电路模型 R。 ud ua 工作在线性放大状态时的模型 R是输入电阻，一 般为103~1012W。 开环运行：因内有完整的 多级放大器，故不需外围元 用VCVS表示输入电 件，接通电源就能工作。 压对u的控制作用。 闭环运行：实用中，必须 R。是输出电阻，一 通过一个（反馈）网络把输出 般为十几几百W。 端与反相端连接起来才行

3. 运放的电路模型 工作在线性放大状态时的模型 u - u + uo + - + A ud Ro A(u +-u - ) + - uo + - Ri + u - u + - ud + - Ri是输入电阻，一 般为103～1012W。 Ro 是输出电阻，一 般为十几～几百W。 用VCVS表示输入电 压对uo的控制作用。 开环运行：因内有完整的 多级放大器，故不需外围元 件，接通电源就能工作。 闭环运行：实用中，必须 通过一个(反馈)网络把输出 端与反相端连接起来才行。 7

§5-2比例电路分析 R 0 用结点法分析u。与4的关系n1=W,42=lo' 消去中间 w +坑% -Au 变量w并 R 整理 8

+ - + A + - ui + - uo R1 R2 i 1 i 2 u - + - 0 ① ② R2 Ro Ri -Au- + - uo + - R1 + - ui + - u - §5-2 比例电路分析 用结点法分析 uo与ui的关系 R1 1 + Ri 1 + R2 1 u - - R2 1 uo = R1 ui - u - + Ro 1 +R2 1 = Ro -Au￾un1 = u -，un2 = uo， R2 1 uo 消去中间 变量 u -￾并 整理 8

uo R2 1 三 i R R 1+ 、 R 些高精度的集成 因A很大，结果足 运放，A可达107。 够精确，并说明： uo R2 (1)选不同的R和R,可获得不 三 4 R 同的比例系数，或放大倍数： uo = R2vi (2)集成运放性能稍有改变， R 比例系数基本不受影响

uo ui = R1 - R2 1 1 + 1+ Ro R2 1+ R1 R2 + Ri R2 A - R2 Ro + - + A + - ui + - uo R1 R2 i 1 i 2 u - + - 一些高精度的集成 运放，A可达107 。 因A很大，结果足 够精确，并说明： uo ui = R1 - R2 ui uo = R1 - R2 (1) 选不同的R1和R2，可获得不 同的比例系数，或放大倍数； (2) 集成运放性能稍有改变， 比例系数基本不受影响 。 0 9

§5-3含理想运放的电路分析 一、 理想运放在线性应用时的两条规则 理想运放的参数： A→00，R→00，R。=0··· R→00 (1)i=计=0 u"c 输入端相当于开路(“虚断路)。 M (2)+=u A =4=(t-）→0一 反相端与同相端相当王短路(“虚短”路)。 10

§5-3 含理想运放的电路分析 一、理想运放在线性应用时的两条规则 =(u +-u - = u ) d uo A u - u + uo + - + ∞ ud i + i - 理想运放的参数： A→∞，Ri→∞，Ro = 0 · · · Ri→∞ (1) i - = i +￾=￾0 输入端相当于开路(“虚断”路)。 →0 (2) u +￾= u - 反相端与同相端相当于短路(“虚短”路)。 10