《电路》课程教学课件（PPT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。 2025年4月2日星期三 1

2025年4月2日星期三 1 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

§5-1运算放大器的电路模型 一、集成运算放大器简介 LM324 是一个包含许多晶体管的 W990g48 M108别 MALAYSTA 集成电路，电压放大倍数输出 电压与输入电压的比值)很高。 51957B NB9442A8 03C9 最初主要用于模拟计算机， LM324J 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 141312111098 性能很高的晶体管，只要外加 LM324 少数几个元件，就能方便地完 成各种各样的功能。 2025年4月2日星期三 2

2025年4月2日星期三 2 §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

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。 2025年4月2日星期三 3

2025年4月2日星期三 3 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

国产F007内部原理图（对应国外μA741) 同相输入端 A=105.5 正 0 反相 输入端 反相 输入 +15V 调零端 调零端 输 ● 端 三上 同相 -15V 输入 2025年4月2日星期三

2025年4月2日星期三 4 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

三、集成运放的输入、外特性、电路模型 >A ud ud 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 地，则称为单端输入。 有：u,=A(t-W)=Aua 反相输入：u。=-AW 这叫做双端输入。 uu=ut-称差动电压。 同相输入：u。=Au 因此也称差动输入方式。 2025年4月2日星期三 5

2025年4月2日星期三 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

2.外特性（电压传输特性） sat (I)当|ua|s时 Ec=±15V uo≥士Uam,不再随输 U,am≈±13V 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。 2025年4月2日星期三 6

2025年4月2日星期三 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

3.运放的电路模型 ud ud A(u+-W）uo 工作在线性放大状态时的模型 R:是输入电阻，一 般为10310122。 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~几百①。 端与反相端连接起来才行。 2025年4月2日星期三 >

2025年4月2日星期三 7 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

§5-2比例电路分析 ② Au 0 用结点法分析u,与u的关系山m1=,u2=uo' 消去中间 1 -Au 变量并 Ro 整理 2025年4月2日星期三 8

2025年4月2日星期三 8 + - + A + - ui + - uo R1 R2 i1 i2 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

uo R2 1 i R DA uj Ri 1+ R + 1+ Wo A R。 R2 0 一 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 ()选不同的R和R2,可获得不 ui R1 同的比例系数，或放大倍数： R2 uo=- (2)集成运放性能稍有改变， R 比例系数基本不受影响。 2025年4月2日星期三 9

2025年4月2日星期三 9 uo ui = R1 - R2 1 1 + 1+ Ro R2 1+ R1 R2 + Ri R2 A - R2 Ro + - + A + - ui + - uo R1 R2 i1 i2 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 uo = ui 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

§5-3含理想运放的电路分析 理想运放的参数： A→00，R;→00，R=0 ud 一、理想运放在线性应 用时的两条规则 R；→00 (1)产=t=0 输入端相当于开路(“虚断”路)。“ 工作在线性放大状态时的 1 模型 A =4a=(ut-W）→0一（②）t= 反相端与同相端相当于短路(“虚短”路)。 2025年4月2日星期三 10

2025年4月2日星期三 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 - = ud ) 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)。 + i 工作在线性放大状态时的 模型 Ro A(u +-u - ) + - uo + - Ri + u - u + - ud + - - i