电路分析
含 有 运 算 放 大 器 的 电 阻 电 路 分 析
姓名：牛淑佩 班级：电气一班 学号：111102034
含有运算放大器的电阻电路分析 一、 运算放大器的外部特征及电路模型。
运算放大器是电路中一种重要的多端器件，它的应用十分广泛。它是一种包含许多晶体管的集成电路，它是目前获得广泛应用的一种多端器件。一般放大器的作用是把输入电压放大一定倍数后再输送出去，其输出电压与输入电压的比值称为电压放大倍数或电压增益。运算是一种高增益、高输入电阻、低输入电阻的放大器。由于它能完成加法、积分、微分等数学运算而被称为运算放大器，然而它的应用远远超出上述范围。
运算放大器（常简称为“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。运放有多种型号，其内部结构也个不相同，但从电路分析的角度出发，感兴趣的仅仅是运放的外部特性及其电路模型。
a
R 0
u -
+
+
R in
-
A u (u + －
u - )
u o
u +
b
-
+
A u
+
_
二、 运放的输入输出运放关系
运放的输入输出曲线
三、 具有理想运放的电路分析 1、含理想运放的电路分析基础
分析原则：
①虚短——由于理想运放的线性段放大倍数为无穷大，要运放工作在线性区域，运放的输入电压应该无穷小，理想运放的输入端电压近似为零，输入端可以看成是短接的---“虚短”。
②虚断——由运放的模型可见，当运放工作在线性区内时，其输入电压近似为零，那么其输入电流亦近似为零。这样，我们在分析计算含运放的电路时，可以将运放的两个输入端视为开路。
③虚地——当运放的同相端（或反相端）接地时，运放的另一端也相当于接地，我们称其为“虚地”。
2、含理想运放的电路分析原则 合理地运用以上原则，并与结点电压法相结合，将使这类电路的分析大为简化。下面举例加以说明。
四、例题分析
u d
+
A u
+
_
u o
u d
U sat
-U sat
例 1——反相比例器
由于“虚断”，则
， ，因为：
由于“虚短”，理想运放的输入电流为零，即 所以
因此：
注意：1.其中的 RB 是运放出平衡电阻，主要是因为运放内部结构要求两个输入段对应的输出电阻平衡所致。
2.当可以通过改变电阻、的大小，从而使得电路的比例系数改变。该电路正是一个由运放构成的反相比例器。
例 2——加法器
R F
i F
1
i -
u i
+
-
u o
R B
i R
-
∞
+ 0 uRuRuRu uii i i0FoFoFoFRuRuRu ui 00 iFi i FoFiRuiRui iFouRRu1 u i3
R 3
i 3
R 3
i
u i2
1
i -
u i1
u o
i 2
i 1
R 2
R 1
-
∞
+
由于“虚短”，理想运放的输入电流为零，即 所以：
由于“虚断”，则节点 1 的电位为零。列写方程：
对节点 1 列写节点方程（KCL 方程）有 所以：
由此可见，当 时， 其实，该电路正是一个由运放构成的反相加法器。
例 3--反相器
例 4—减法器 0 i3 2 1i i i i 111110RuRuii i222220RuRuii i333330RuRuii iFoFoRuRui 03 2 1i i i i ) (332211RuRuRuR ui i iF o FR R R R 3 2 1) (3 2 1 i i i ou u u u
R F
i F
1
i -
u i
+
-
u o
R B
i R
-
∞
+ FR R i ou u
例 5—电压跟随器
五：运放的应用。
在电子技术中，运放可以用于 1．信号的运算——如比例、加法、减法、积分、微分等 2．信号的处理——如有源滤波、采样保持、电压比较等 3．波形的产生——矩形波、锯齿波、三角波等 4．信号的测量——主要用于测量信号的放大 六：关于运算的小常识。
①历史：第一个使用真空管设计的放大器大约在 1930 年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。
运算放大器最早被设计出
R F
R 1
u i1
R 2
u o u i2
R 3
-
∞
+
u o
u i
图 图 5-7 电压跟随器 + _
来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算，同时也成为实现模拟计算机（analog computer）的基本建构方块。然而，理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远超过加减乘除的计算。今日的运算放大器，无论是使用晶体管（transistor）或真空管（vacuum tube）、分立式（discrete）元件或集成电路（integrated circuits）元件，运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。早期的运算放大器是使用真空管设计，现在则多半是集成电路式的元件。但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。[1]
1960 年代晚期，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大器，型号为 μA709，设计者则是鲍伯·韦勒（Bob Widlar）。但是 709 很快地被随后而来的新产品 μA741 取代，741 有着更好的性能，更为稳定，也更容易使用。741 运算放大器成了微电子工业发展历史上一个独一无二的象征，历经了数十年的演进仍然没有被取代，很多集成电路的制造商至今仍然在生产 741。直到今天 μA741 仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。
②分类:按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。
1．通用型运算放大器
通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例 μA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四
运放）及以场效应管为输入级的 LF356 都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
2．高阻型运算放大器
这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般 rid＞1GΩ~1TΩ,IB 为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用 FET 作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。常见的集成器件有 LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的 CA3130、CA3140 等。
3．低温漂型运算放大器
在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有 OP07、OP27、AD508 及由 MOSFET 组成的斩波稳零型低漂移器件 ICL7650 等。
4．高速型运算放大器
在快速 A/D 和 D/A 转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率 SR 一定要高,单位增益带宽 BWG 一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有 LM318、μA715 等,其 SR=50~70V/us,BWG＞20MHz。
5．低功耗型运算放大器
运算放大器 由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的
运算放大器相适用。常用的运算放大器有 TL-022C、TL-060C 等,其工作电压为±2V~±18V,消耗电流为 50~250μA。目前有的产品功耗已达μW 级,例如 ICL7600 的供电电源为 1.5V,功耗为 10mW,可采用单节电池供电。
6．高压大功率型运算放大器
运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏,输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路,即可输出高电压和大电流。例如 D41 集成运放的电源电压可达±150V,μA791 集成运放的输出电流可达 1A。
7.可编程控制运算放大器
在仪器仪表得使用过程中都会涉及到量程得问题.为了得到固定电压得输出,就必须改变运算放大器得放大倍数.例如:有一运算放大器得放大倍数为 10 倍,输入信号为 1mv 时,输出电压为 10mv,当输入电压为 0.1mv 时,输出就只有 1mv,为了得到10mv 就必须改变放大倍数为 100.程控运放就是为了解决这一问题而产生得.例如 PGA103A,通过控制 1,2 脚的电平来改变放大的倍数.
成 绩：
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