山东理工大学：《电路》课程教学资源（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。 2010年3月3日星期三 1

2010年3月3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 EN 一、集成运算放大器简介 LM32UN 是一个包含许多晶体管的集 wW99109448 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。 H51957B 3B9442AB 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己超出模 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 LM324 元件，就能方便地完成各种各样 + 的功能。 2010年3月3日星期三 2

2010年3月3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。 2010年3月3日星期三 3

2010年3月3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uA741) 同相输入端 A=105.5 正电源 0 反相 输入端 反相 输入 +15V DA 调零端 调零端 u 0 输出端 上 同相 -15V 输入 2010年3月3日星期三

2010年3月3日星期三 4 国产F007内部原理图(对应国外A741) 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 卡N DA DA 0 ud 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t和 地，则称为单端输入。 有：u。=A(t-）=Aua 反相输入：u,=-A 这叫做双端输入。 ua=t-r称差动电压。 同相输入：u。=A 因此也称差动输入方式。 2010年3月3日星期三 5

2010年3月3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） 4。V E Usat (1)当ualε时 Ec=±15V 4。≈士Ua,不再随输 Uat≈±l3V 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。 2010年3月3日星期三 6

2010年3月3日星期三 6 2. 外特性 (电压传输特性) (1) 当| ud | 时 (2) 当| ud | 时 uo /V ud /mV o Usat  Usat  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 DA Ro 0 ud ua A(u +-C 工作在线性放大状态时的模型 R是输入电阻，一 般为103~10122。 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 般为十几一几百2。 端与反相端连接起来才行。 2010年3月3日星期三 7

2010年3月3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103～1012。 Ro 是输出电阻，一 般为十几～几百。 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 E R R R R Ro 3 -Au uo uo R 用结点法分析u,与u的关系un1=W,u2=uo' Ui 消去中间 变量并 4= -Au R。 整理 2010年3月3日星期三 8

2010年3月3日星期三 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 u， R2 1 uo 消去中间 变量 u并 整理

R uo B 1 11 R U Ry +]+ 2R u + 1+ uo 4 o 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 (1)选不同的R和R2,可获得不 u R1 同的比例系数，或放大倍数： R2 4o= (2)集成运放性能稍有改变， R uj 比例系数基本不受影响。 2010年3月3日星期三 9

2010年3月3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 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

§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-∞，R,→∞，R。=0·· ud R→ (1)=t=0 输入端相当于开路(“虚断”路)。 A =a=(t-)→0一(2)=M 反相端与同相端相当于短路(“虚短”路)。 2010年3月3日星期三 10

2010年3月3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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)