理想运放电路

1、运算放大器运算放大器(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，主要用于模拟计算机，可模拟加、减、积分等运算，年，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。对电路进行模拟分析。1960年后，随着集成电路技术的发展，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。的应用。概念：概念：运算放大器是一种增益很高的放大器，它能同时放大直流运算放大器是一种增益很高的放大器，

2、它能同时放大直流和一定频率的交流电压，能完成加减、积分、微分等数学运算。和一定频率的交流电压，能完成加减、积分、微分等数学运算。集成运放是一种多端晶体管元件集成运放是一种多端晶体管元件. AD875xAD875x系列是美国系列是美国ADAD公司生产的高精度轨对轨运算放公司生产的高精度轨对轨运算放大器，具有零漂移、单电源供电、轨对轨输入大器，具有零漂移、单电源供电、轨对轨输入/ /输出等输出等特点，可广泛用于温度、压力、应变、电流等精密测特点，可广泛用于温度、压力、应变、电流等精密测量的场合。量的场合。-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T1

3、1T10RL第第4 4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器+集成运放内部结构（举例）集成运放内部结构（举例）极极性性判判断断 Chapter 5 含有运算放大器的电阻电路主主 要要 内内 容容1.1.运算放大器的电路模型；运算放大器的电路模型；2.2.运算放大器在理想化条件下的外部特性；运算放大器在理想化条件下的外部特性；3.3.含有运算放大器的电阻电路。含有运算放大器的电阻电路。5-1 运算放大器的电路模型1.1.运算放大器的电路符号运算放大器的电路符号 图图a: : 两个输入端两个输入

4、端 a,b, , 一个输出端一个输出端o, ,电源端子电源端子 E+ + 和和 E- - ； 图图b: : 图图a中略去偏置电源；中略去偏置电源； 图图c: : 图图b中省掉接地的连接线中省掉接地的连接线( (为了简化起见为了简化起见) )。a 端端: : 反相输入端反相输入端(“-”), (“-”), u- - 加于加于“a”时时, , u0 0 与与 u- - 相位相相位相反；反；A A: : 电压放大倍数；电压放大倍数； ud : :差动输入电压差动输入电压b 端端: : 同相输入端同相输入端(“+”), (“+”), u+ + 加于加于“b”时时, , u0 0 与与 u+ + 相位相

5、相位相同；同；在在 a 端和端和 b 端分别同时有输入电压端分别同时有输入电压 u- - 和和 u+ + 时时, ,有有u0 = A ( u+ - u- ) = A ud+_ududu+u-uo_+A+ab2.2.输入输出关系输入输出关系以后以后, ,我们始终假设运放工作在线性区我们始终假设运放工作在线性区 ud , ,u0 = = Usat (饱和电压饱和电压); ; ud -| , ,| |u0| |= = Usat , , 进入饱和区；进入饱和区； - - ud ( (Epsilon), , u0 与与 ud 为线性关系为线性关系, , 斜率取决于斜率取决于A 值值, ,很陡很陡, ,线

6、性区；线性区；3.3.运放的电路模型运放的电路模型Rin: 输入电阻输入电阻 1M R0: 输出电阻输出电阻 100 VCVS: A( u+ - u- ), A1055-2 含运放电路的分析对结点对结点, ,列出结点方程为列出结点方程为AuRuRRuRRuuRuRRRnninnnin0220121221211)11(11)111(比例电路比例电路故有因 , , 021uuuunn0)11()1(11110200210221uRRuRARRuuRuRRRinin）（)1(1)111)(11(1).1(20221201200RRARRRRRRuRRRAuininininuRRARRRRRRRR20

7、2122012)1)(1 (11因因 A 很大很大, , R0 很小很小, , Rin较大较大, ,适当选择适当选择R1 和和R2 , ,则则inuRRu120如果把上图中运放视作理想运放，由于如果把上图中运放视作理想运放，由于1000022.11 12120RRRRuuin , 0 , 0RR,Ain120 RRuuin则有 例例5-1:5-1:设比例分析电路中设比例分析电路中, ,A = 50000, , Rin = 1 M , R0 = 100 , 而而 R1 = 10 k ，R2 = 100 k , 则则3.运放的电路模型理想化情况理想化情况: :运放的工作范围局限在线性段，即假设运放

8、的工作范围局限在线性段，即假设 A A 作为无限大作为无限大, , ud = u+ - u- = 0) 0 ( 0AuudRin: 输入电阻输入电阻 1M R0: 输出电阻输出电阻 100 VCVS: A( u+ - u- ), A105 Rin 为无限大为无限大, ,流入每一输入端的电流均为零；流入每一输入端的电流均为零； Ro 设为零设为零; ;- Usat u0 Usat A = , , ud = u+ - u - = 0 u+ = u - 理想运放理想运放: : 在在- Usat u0 0反向饱和区反向饱和区 ud0一反相比例运算反相比例运算由理想运放构成的反相比例器由理想运放构成的反

9、相比例器：+_uo_+ +_uiR1RfRLi1i2i- -u- -u+“虚短虚短”： u+ = u- - =0，“虚断虚断”： i- -= 0，i2= i1i1fouRRu (1) 倒向端和非倒向端的输入电流均为零。（虚断路）倒向端和非倒向端的输入电流均为零。（虚断路）(2)对于公共端对于公共端倒向输入端的电压与非倒向输入端的电压相等。倒向输入端的电压与非倒向输入端的电压相等。（虚短路）（虚短路）1.规则：规则：f021i1RuiRui二同相比例运算 例例5-2:5-2:右下图所示电路为同相比例运算放大器，试求输出电右下图所示电路为同相比例运算放大器，试求输出电压压 u0 与输入电压与输入电

10、压 uin 之间的关系。之间的关系。 解：利用上述的两条规则解：利用上述的两条规则, , 则则规则一规则一( (虚断虚断) )：02112uRRRu规则二（虚短）：规则二（虚短）： 2uuuuinin0uRRu)1 (120211uRRRuin故故 b若若 R1 = （开路），开路），R2 = 0 （短路），（短路）， _+ +_uo+_ui_+ +RiuiR2R1u+u- -i- -+_uo+_i+ +ii0i,uuiio且则称为电压跟随器。称为电压跟随器。经过虚短与虚断如同将经过虚短与虚断如同将u ui i与与u uo o连接上，但是中间又是断开的连接上，但是中间又是断开的 a 同相放大；

11、同相放大；, 11120RRuuAinu五五. 电压跟随器电压跟随器特点：特点： 输入阻抗无穷大输入阻抗无穷大(虚断虚断)； 输出阻抗为零；输出阻抗为零；应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。 uo= ui。_+ +_uo+_ui作用：作用：输出电压重复输入电压（电压跟随）输出电压重复输入电压（电压跟随）Ri无限大，起隔离作用无限大，起隔离作用iouu 0ii例例12122uRRRu 12122uRRRu 可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。R2RLR1+_u2+_u1_+ +_uiR1R

12、2RL+_u2三三加法运算电路加法运算电路例例5-3：下图所示为加法运算电路，试说明其工作原理。：下图所示为加法运算电路，试说明其工作原理。解：规则解：规则1：3322110321 RuuRuuRuuRuuiiiif规则规则2：3322110 0RuRuRuRuuf) 111 ( 3322110uRuRuRRuffRRRR321若 , 则) (3210uuuu反相加法03122211132121 )11( 1 )11(uuRuuRRRuuRuRRnnnn)( 12120122011uuRRuRuRuRu又因又因 un1 = un2 , 故有故有解：结点方程为解：结点方程为四减四减法运算电路法运算电路5. 积分器积分器u- -=0i- -=0iR= iC积分环节积分环节 dtxy C+_uo_+ +_uiRiCi- -u- -iRtuRCud1io x- -yy- -1 tuCRuddoi 总结：总结： 1、应用规则；、应用规则； 2、应用结点电压法列方程。、应用结点电压法列