提示：本章先介绍一个多端器件。
元件和器件的区别：元件具有单一的功能，如与非门，或一个开关或一个三极管之类，以及电阻、电容；器件具有集成的功能，如74系列，可以是几个与非门，或几个放大电路的集成。

文章目录

前言
一、运算放大器是什么？
- 1.1运放的定义
- 1.2运放的外特性
- - 1.2.1传输特性
二、理想运放
- 2.1 理想运放的定义
- 2.2 基于理想运放的典型电路
- - 2.2.1 电压跟随器
  - 2.2.2 同相比例放大器
  - 2.2.3 反相加法器
  - 2.2.4 减法器
  - 2.2.5 电流源
  - 2.2.6 负电阻
总结

前言

提示：这篇文章主要讲运算放大器，尤其是理想运算放大器（简称理想运放）。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、运算放大器是什么？

1.1运放的定义

运算放大器作为一个多端器件，内部电路较复杂，我们主要关注它的外部ui特性，这也是电路分析这门课主要想强调的：分析端口特性，相同端口特性的电路能实现等效代换。

运放的主要功能是：运算和放大。它的结构如下图所示：

上图左侧的两个图是等效的，只是左下角的图省略了电源端和接地端。所以运放实际上是5端器件，所以不能仅仅对3个端口运用广义KCL。

1.2运放的外特性

1.2.1传输特性

传输特性指：输入电压u_d和输出电压u_o的关系。具体如下图

传输特性曲线分三个部分：

正饱和区
负饱和区
线性区域，线性区的斜率就是开环电压增益A。此时的工作原理图如下，器件可以等价为多个元件组成的压控电压源

如果实际运放工作在线性区，此时由于A非常大，所有u_d非常小，和噪声在一个数量级，易受干扰。所以运放实现放大电路，要引入负反馈。

引入负反馈时，电路等效原理图，如下图左侧所示（能这样替换的原因时，运放输入电阻R_i接近兆欧，如初电阻R_o接近0。

由于A非常大，所以公式可以进一步化简，结果如下图所示。可知，一般R_f和R₁一般在同一个数量级。此时，由于引入负反馈，输入电压的范围得到了拓宽

引入正反馈的运放，在工作一段时间（仿真结果100ms）后，输出电压u_o变成了饱和电压。所以不能用引入正反馈的运放实现稳定的放大。

二、理想运放

2.1 理想运放的定义

理想运放默认运放输入电阻R_i接近无穷大，如初电阻R_o接近0。此时外接电阻一般是千欧。开环电压增益A是无穷大。

理想运放工作在线性区间有两个最重要的特性就是虚短和虚断。如下图所示：

虚短，就是指输入电压为接近0，所以u₊等于u_-。
虚断，就是指输入电阻无穷大，所以输入电流i₊和i_-都是0。

2.2 基于理想运放的典型电路

运放是模拟电子计算机的重要组成，一下是几个运放构成的经典电路。

2.2.1 电压跟随器

这个电路的特点是实现电路的隔离。这归功于虚断，使得电流为0。这样不会因为并联导致电压变化。

2.2.2 同相比例放大器

在同相端输入电压u_i，反向端为0。此时，输出电压是输入端一倍以上。
类似的反相比例放大器以及在上面介绍负反馈的时候提到了，是反相端输入电压u_i，同向端为0。

2.2.3 反相加法器

2.2.4 减法器

下图是上一个电路图的改进。目的是让减法器的系数相同。由下图可知这里运用了KVL。

2.2.5 电流源

上述电路不能让u₀大于饱和电压。

2.2.6 负电阻

总结

本章重点介绍了运算放大器，尤其是虚断和虚断性质。**运放是单向传递信号的器件，也就是只能输入信号传递给输出。**学习电路设计和分析，就是要掌握器件的端口特性以及典型电路，实现应用。

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