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1、1 第五章 含有运算放大器的电阻电路 5 1运算放大器的电路模型 5 2比例电路的分析 5 3含有理想运算放大器的电路的分析 2 5 1运算放大器的电路模型1 简介运算放大器是一种多端电子器件 最早开始应用于1940年 首先应用于模拟计算机上 作为基本运算单元 可以完成加减 积分和微分 乘除等数学运算 自1960年后 随着半导体集成工艺的发展 运算放大器逐步集成化 大大降低了成本 其应用远远超出了模拟计算机的界限 在信号运算 信号处理 信号测量及波形产生等方面获得广泛应用 3 集成运算放大器的电路如图所示 可分为输入级 中间级 输出级和偏置电路四个基本组成部分 输入级要求其输入电阻高 能抑制干
2、扰信号 中间级主要进行电压放大 要求其电压放大倍数高 输出级与负载相接 要求其输出电阻低 带负载能力强 4 2 运算放大器的电路符号应用运算放大器时感兴趣的是它的外部特性及管脚的用途 图为F007 5G24 运算放大器的符号图 图中的 三角形 符号表示放大器 其主要管脚的用途是 2号为反相输入端 3号为同相输入端 4和7号为电源端 6号为输出端 1和5号端子为外接调零电位器 5 在分析运算放大器的放大作用时 在电路符号图中一般不画出偏置电源端 其中 a端 反向输入端 由此端输入电压u 则输出信号和输入信号是反向的 b端 同向输入端 由此端输入电压u 则输出信号和输入信号是同向的 o端 输出端
3、输出电压uo图中A表示开环电压放大倍数 可达十几万倍 需要注意的是 不要把图中a端和b端的 号和 号误认为电压参考方向的正负极性 如图所示 电压参考方要另外标出 均为对地的电压 当在接地端未画出时尤须注意 6 运放外特性 7 3 运算放大器的外特性在运算放大器的输入端a加电压u 输入端b加电压u 可得输出uo和输入电压的关系 8 线性工作区 正向饱和区 反向饱和区 uo和ud之间的传输特性曲线如图所示 也称为运算放大器的外特性 其传输特性可分三个区域 9 4 运算放大器的电路模型图5 5给出了运算放大器的电路模型 其输入电阻Ri远大于输出电阻Ro 输出电压u0近似为受控电压源的电压 即 当同向
4、输入端接地 u 0 则 当反向输入端接地 则 图5 5运算放大器的电路模型 10 5 理想运算放大器在线性放大区分析运算放大器时 一般可将它看成是一个理想运算放大器 把运放电路作如下的理想化处理 1 放大倍数A 2 输入电阻Ri 若输出电压uo为有限值 则当放大倍数A 时 必须满足ud 0 即输入电压u u 两个输入端之间相当于短路 虚短路 若输入电阻Ri 则认为输入端电流i 0 i 0 即从输入端看进去 元件相当于开路 虚断路 11 由于实际运算放大器的上述指标接近理想化的条件 因此在分析使用理想运算放大器代替实际运算放大器所引起的误差并不严重 在工程上是允许的 但这样却使分析过程大为简化
5、3 输出电阻R0 0 12 5 2比例电路的分析 倒向比例器 13 对结点 列写结点电压方程 代入上列方程 求得 由于A很大 R0很小 Rin很大 适当选择R1和R2 则有 14 利用左图电路可使输出电压和输入电压之比按R2 R1确定 而不会由于运放的性能稍有改变就使u0 uin的值受到影响 选择不同的R2和R1的值就可获得不同的u0 uin的值 所以有比例器的作用 通常又把这个电路称为倒向放大器 15 如果把运放当作理想运放 则由于A Rin R0 0 从左式可直接求得 16 另外 可直接利用理想运放的性质 对电路进行求解 求得 17 5 3含有理想运算放大器的电路的分析 理想运放的两条性质 1 倒向端和非倒向端的输入电流均为零 称之为 虚断 2 对于公共端 倒向输入端的电压和非倒向输入端的电压相等 称之为 虚短 18 例1 非倒向放大器 求输出电压u0与输入电压uin的关系 解 由理想运放的两条性质 19 例2 5 3 求输出电压u2与输入电压u1之比 解 利用结点电压法和理想运放的两个性质 解得 20 例3 5 4 求输出电压u0与输入电压u1之比 解 利用结点电压法和理想运放的两个性质 消去un2 21 例4 求u0 欲使u0 0 5u1 u2 求R1 R2与R的关系 解 u0 0 5u1 u2
