運放電路的重點

1、運放的傳輸特性

2、比例器、加法器、減法器、跟隨器等運算電路

3、含理想運放的運算電路的分析計算

運放電路的難點

• 熟練計算含理想運放的思路

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運放的符號

運放是具有高放大倍數的直接耦合放大電路組成的半導體多端實際元件。而在本章中，所講到“運放”，是指實際運放的電路模型——一種四端元件。其符號為

在新國標中，運放及理想運放的符號分別為

運放的簡介

一、同相與反相輸入端

運放符號中的“+”、“-”表示運放的同相輸入端和反相輸入端，即當輸入電壓加在同相輸入端和公共端之間時，輸出電壓和輸入電壓兩者的實際方向相對於公共端來說相同；反之，當輸入電壓加在反相輸入端和公共端之間時，輸出電壓和輸入電壓兩者的實際方向相對於公共端來說相反。其意義並不是電壓的參考方向。

二、公共端

在運放中，公共端往往取定為接地端——電位為零，實際中，電子線路中的接地端常常取多條支路的匯合點、儀器的底座或機殼等，輸入電壓、輸出電壓都以之為參考點。有時，電路中並不畫出該接地端，但計算時要注意它始終存在。

運放的輸入輸出關係

一、運放輸入輸出關係曲線

在運放的輸入端分別同時加上輸入電壓U+和U-（即差動輸入電壓為Ud）時，則其輸出電壓為

u_o

實際上，運放是一種單向器件，即輸出電壓受輸入電壓的控制，而輸入電壓並不受輸出電壓的控制。由其輸入輸出關係可以看出，運放的線性放大部分很窄，當輸入電壓很小時，運放的工作狀態就已經進入了飽和區，輸出值開始保持不變。

二、運放的模型

由運放的這一模型，我們可以通過將運放等效為一個含有受控源的電路，從而進行分析計算。

運放有關的說明

在電子技術中，運放可以用於

1．信號的運算——如比例、加法、減法、積分、微分等

2．信號的處理——如有源濾波、採樣保持、電壓比較等

3．波形的產生——矩形波、鋸齒波、三角波等

4．信號的測量——主要用於測量信號的放大

具理想運放的電路分析基礎

所謂“理想運放”，是指圖中模型的電阻R_in、R₀為零，A為無窮大的情況。由此我們可以得出含有理想運放的電路的分析方法。根據輸入輸出特性，我們可以得出含有理想運放器件的電路的分析原則：

• 虛短——由於理想運放的線性段放大倍數為無窮大，即從理論上說，要運放工作在線性區域，運放的輸入電壓應該無窮小，可見工作在線性區的理想運放的輸入端電壓近似為零，也就是說，輸入端在分析時可以看成是短接的，這就是所謂的“虛短”。在分析計算中，運放的同相端與反相端等電位。
• 虛斷——由運放的模型可見，當運放工作在線性區內時，其輸入電壓近似為零，那麼其輸入電流亦近似為零。這樣，我們在分析計算含運放的電路時，可以將運放的兩個輸入端視為開路。
• 虛地*——當運放的同相端（或反相端）接地時，運放的另一端也相當於接地，我們稱其為“虛地”。

含理想運放的電路分析原則

主要應用節點法，結合上面的分析基礎得出結論。

例1——反相比例器

已知：

求：該電路的輸入輸出關係。

解：由於“虛斷”，則U-=0，因為

由於“虛短”，理想運放的輸入電流為零，即i-=0，所以I=If：

由此可見，當可以通過改變電阻R、Rf的大小，從而使得電路的比例係數改變。該電路正是一個由運放構成的反相比例器。

注意：其中的R_B是運放出平衡電阻，主要是因為運放內部結構要求兩個輸入段對應的輸出電阻平衡所致。其他的運放電路中均有此平衡電阻存在

例2——反相器

思考反相器的實現——Uo=Ui

當比例器中的R=Rf時，Uo=-Ui，即為一個反相器。

例3——加法器

已知：加法器電路如圖所示

求：該電路的輸入輸出關係。

解：由於“虛短”，理想運放的輸入電流為零，即i-=0，所以i=i1+i2+i3；

由於“虛斷”，則節點1的電位為零。列寫方程：

對節點1列寫節點方程（KCL方程），有i=i1+i2+i3，所以：

由此可見，當R1=R2=R3=Rf時，Uo=-(Ui1+Ui2+Ui3)，其實，該電路正是一個由運放構成的反相加法器。

例4——減法器

例5——電壓跟隨器

例6——微分器

例7——分析較為複雜的運放電路

求：Uo

解：考慮運放1：

考慮運放2：

考慮運放3：

計算U+：

例8——設計完成一定運算功能的運放電路

已知：利用運放實現運算：Uo=2(Ui1+Ui2)-0.5Ui3

求：完成上述功能的電路（Rf=20K）

解：分析：要完成這樣的設計題，要求熟悉一些基本的運放計算電路——如比例、加、減、反相等。

將以上分析綜合起來，可以畫出實現要求運算的電路如下：

例9——非理想運放電路的計算

已知：運放電路如圖所示

求：輸入輸出電壓的關係

解：電路中有四個獨立節點，且節點1的電位已知，因此，可以對節點2和3列寫節點方程

例10——求解微分方程的電子模擬原理電路設計

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