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5.1 复习笔记 |
1 运算放大器
运算放大器（简称运放）电路符号如图5-1-1所示，其电路模型是一种四端元件，如图5-1-2所示。
图5-1-1 运放的符号
图5-1-2 运放的电路模型
在新国标中，运放及理想运放的符号如图5-1-3所示。
图5-1-3 运放的新国标符号
2 运放的特性——输入输出关系
在运放的输入端分别同时加上输入电压u＋和u－（即差动输入电压为ud）时，其输出电压uo为
u o ＝A u （u ＋ －u － ）＝A u u d
运放的输入输出关系如图5-1-4所示。
图5-1-4 运放输入输出模型及关系曲线图
由输入输出关系可以看出，运放的线性放大部分很窄，当输入电压很小时，运放的工作状态就已经进入了饱和区，输出值开始保持不变。
1 理想运算放大器的基本特征
（1）在理想的情况下，运放的输入电阻R in ＝∞，输出电阻R o ＝0，开环放大倍数A＝∞。
（2） ① 理想情况下，要保证u o 有一确定的输出，要求两个输入端子对地电压相等即u ＋ ＝u － ，这种情况称为“虚短路”。 ② 理想情况下，因输入电阻R in ＝∞，流入运算放大器的两个输入电流必然大小相等且都为零即i ＋ ＝i － ＝0，这种情况称为“虚断路”。
（3）分析运放的方法：结点电压法；基尔霍夫电流定律（KCL）。
注：对输出端结点不列写，因该点电流不定。
2 常用理想运放电路
（1）反向比例放大器，如图5-1-5所示。
图5-1-5 反向比例放大器
规则1“虚断”：i － ＝0⇒i 1 ＝i 2 。
规则2“虚短”：u － ＝u ＋ ＝0。
分析：i 1 ＝（u in －u － ）/R 1 ；i 2 ＝（u － －u o ）/R 2 ；u o ＝－（R 2 /R 1 ）u in 。
（2）同向比例放大器，如图5-1-6所示。
图5-1-6 同向比例放大器
规则1“虚断”：i － ＝i ＋ ＝0。
规则2“虚短”：u － ＝u ＋ ＝u in 。
分析：u － ＝u o R 2 /（R f ＋R 2 ）；u o ＝u － （R f ＋R 2 ）/R 2 ＝（1＋R f /R 2 ）u in 。
（3）电压跟随器，如图5-1-7所示。
图5-1-7 电压跟随器
分析：u － ＝u ＋ ＝u in ；u － ＝u o ；u o ＝u in 。
特点： ① 输入阻抗无穷大（虚断）； ② 输出阻抗为零。
应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。
（4）反向加法器，如图5-1-8所示。
图5-1-8
规则1“虚断”：i － ＝0。
规则2“虚短”：u － ＝u ＋ ＝0。
分析：i＝i 1 ＋i 2 ＋i 3 ，－（u o －u － ）/R f ＝（u 1 －u － ）/R 1 ＋（u 2 －u － ）/R 2 ＋（u 3 －u － ）/R 3 ，得u o ＝－R f （u 1 /R 1 ＋u 2 /R 2 ＋u 3 /R 3 ）。
（5）加法运算电路，如图5-1-9所示。
图5-1-9
规则1“虚断”：i － ＝0。
规则2“虚短”：u ＋ ＝u － ＝0。
分析：u 1 /R 2 ＋u 2 /R 1 ＝－u o /R f ；u o ＝－（R f u 1 /R 1 ＋R f u 2 /R 2 ）。
（6）减法运算电路，如图5-1-10所示。
图5-1-10
规则1“虚断”：i ＋ ＝i － ＝0。
规则2“虚短”：u ＋ ＝u － 。
分析：（u 1 －u － ）/R 1 ＝（u － －u o ）/R 2 ，（u 2 －u ＋ ）/R 1 ＝u ＋ /R 2 ；u o ＝（u 2 －u 1 ）R 2 /R 1 。