5含有运算放大器的电阻电路全解

运放的电路模型
Ro + +
u-
R
u+ +
in
-
Aud uo
-
Rin为运放的输入电阻，很大 R0为输出电阻，很小 运放的这种工作状态称为开环运行，A开环放大倍数
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理想运算放大器
1、理想运算放大器条件 开环放大倍数A→∞ 输入电阻Rin→∞
开环输出电阻Ro→0
u
u
>
理想运放在图中加
u0
否则用符号A
2
放大电路的特殊问题——零点漂移
uo
输入 ui=0 时 ， ，输出有 缓慢变化的电压产生。
0
t
3
4
电路的简单说明
运算放大器实际上就是一个直接耦合的多级放大电路，它 有两个输入端, 一个输出端。 单运放： LM741/ A741 8脚为空脚。 8 7 6 5 双运放： LM747（双741） 单电源四运放：LM124/224/324 双电源四运放：LM148/248/348 等等。 LM741 各管脚的用途是： 2脚为反相输入端。由此端输入信号， 1 2 3 4 则输出信号和输入信号是反相的。 3脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输 入信号是同相的。 4脚为负电源端。 其典型接法如下图所示 7脚为正电源端。 6脚为输出端。8脚为空脚 1和5脚为外接调零电位器（通常为10KΩ）的两个端子。 5
解决的方法是：在电路中引入深度负反馈。
20
5.2
比例电路的分析 i1 R1 uin
i2 R2 从反 相输 入端 输入
1、理想运放的分析 闭环放大倍数
Auf
u0 uin
u-=u+=0
>A
u0
Q 虚短
又∵虚断 则电流i1 等于 电流i2
uin 0 0 u0 即： R1 R2
u0 R2 Auf uin R1
uo Au

11
u0
运放的输出电压和输入电压 之间的关系可以用右图近似 表示, 在一个很小的范围, 输 入和输出的关系是一条过原 点的直线, 其斜率等于A。
+Uo(sat)
实际特性


o
ud
-Uo(sat)
由于放大倍数A值很大，所以这段直线很陡，当电压超出这 个很小的范围，运放趋于饱和。
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uo Au

u+
uo Au

t
t
uo
uo
t
t
9
u
u


>
u0
如果在两个输入端同时 加入输入信号 uo A( u u ) Aud ud u u 称为差动输入电压 A : 电压放大倍数 (电压增益的绝对值 )
10
u


u
u
>
u0
uo Au


u

>
u0
第五章
含有运算放大器的电阻电路
一般的放大器的作用是把输入电压放大一定的倍数输出
uo 电压放大倍数 Au ui 电压增益
运算放大器是一种多级放大电路, 它的增 益很高, 可达几万倍以上, 并且可以达到高输 入电阻和低输出电阻, 用它可以完成各种数学 运算, 故称运算放大器。
1
5.1运算放大器的电路模型 输入级 两个输 入端
uo=∞(u+-u-)
实际运放上述指标接近理想化条件，故用理想运放代替实 际运放所引起的误差并不严重，在工程上是允许的。 14
传输特性
u
u0
u
>
理想特性 实际特性
u0
+Uo(sat)
o
u+ - u-
-Uo(sat)
分析运放电路时，首先要区分集成运放是工作在 线性区还是非线性区（饱和区）
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从运放的传输特性看，可分为线性区和饱和区， 运放在不同区工作时的分析方法不同：
2、中间级 3、输出级
中间级 偏置电路
输出级
1、输入级 要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差动放大电路 电压放大倍数高，一般采用共射放大电路 要求，输出电阻低，带载能力强，能输出较 大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成
4、偏置电路 给前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒 流源电路构成。
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理想运放应满足的条件：
1、开环放大倍数A →∞ 2、输入电阻Rin →∞
3、开环输出电阻Ro
→0
由此得出了两个重要结论 (1)“虚短”
(2)“虚断”
但是，这两个条件的使用必须是运放工作在线性区。
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我们已经知道：A→∞，则当差动输入电压极 小时（如毫伏级以下的信号），也足以使运放饱 和。
但我们也已经知道：负反馈能减小放大电路 的放大倍数，而且反馈愈深这种作用愈明显；加 上负反馈在其它方面还可以改善放大电路的性能， 所以——
u
>
u0
实际特性
+Uo(sat)
o 饱和区
但两输入端的输入电流仍为零。
饱和区
u+ - u -
-Uo(sat)
线性区
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例：F007运放的电源 15V，开环放大倍数A=2105, 输出最大电压为Uo(sat)=13V
uo 13 u u 65V , 5 Auo 2 10 超过这个范围，就进入 饱和区 1.u 15V , u 10V , u u 25V uo 2 105 25 106 5V 2.u 5V , u 10V , u u 15V uo 2 105 (15) 106 3V 3.u 0V , u 5m V, u u 5m V uo 13V
线性区： uo=A (u+-u-) 因为uo为有限值，A为无限大， 所以(u+-u-)≈0。即u+ ≈ u我们称为“虚短”
+Uo(sat)
饱和区 o 饱和区 -Uo(sat)
实际特性
因为Rin→∞ ，故两输入端的输
入电流为零。 我们称为“虚断”
u+ - u -
线性区
u
饱和区： uo≠A (u+-u-) 对理想运放 当u+ >u- 时,uo=+Uo(sat) 当u+ <u- 时,uo=-Uo(sat)
其典型接法如下图所示
u
+15V
2
3 4 1
7
u
>
6 5
u0
10KΩ -15V
6
进一步简化得以下图形符号
它有两个输入端 一个输出端
+15V
u
u

2 3 4
两个电源端各接正 负电源

>
1
7
6
5
u0
-15V
7
u

u

>
u0
一般情况下，电源可以不画出
u


u
简化电路
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u0
8
u
u


>
u-
u0
u-: 倒向输入端, 反向输入端, 就是 由此端输入信号，则输出信号和输 入信号是反相的。 u+: 非倒向输入端, 同向输入端, 就是由此端输入信号，则输出信号 和输入信号是同相的。