同相比例與反相比例放大器

1、圖1反相比例運(yùn)算電路同相比例和反相比例一、反相比例運(yùn)算放大電路反相輸入放大電路如圖1所示，信號電壓通過電阻R1加至運(yùn)放的反相輸入端，輸出電壓vo通過反饋電阻Rf反饋到運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大 電路。R 0為平衡電阻應(yīng)滿足 R 0= R1/Rf。利用虛短和虛斷的概念進(jìn)行分析，vI=0 , vN=0 , iII=0,則 一 '?該電路實(shí)現(xiàn)反相比例運(yùn)算。反相放大電路有如下特點(diǎn)1 運(yùn)放兩個輸入端電壓相等并等于0,故沒有共模輸入信號，這樣對運(yùn)放的共模抑制比沒有特殊要求。2 vN= vP，而vP=0，反相端N沒有真正接地，故稱虛地點(diǎn)。3 電路在深度負(fù)反饋條件下，電路的輸入電阻為R1

2、,輸出電阻近似為零。二、同相比例運(yùn)算電路圖1同相比例運(yùn)算電路同相輸入放大電路如圖 1所示，信號電壓通過電阻RS加到運(yùn)放的同相輸入端，輸出電壓vo通過電阻R1和Rf反饋到運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋放 大電路。根據(jù)虛短、虛斷的概念有vN= vP= vS， i1= if于是求得尺丄出戈OII也1一乃1%7【二卩170& 咫 &圖1加法運(yùn)算電路所以該電路實(shí)現(xiàn)同相比例運(yùn)算。同相比例運(yùn)算電路的特點(diǎn)如下1 輸入電阻很高，輸出電阻很低。2 .由于vN= vP= vS，電路不存在虛地，且運(yùn)放存在共模輸入信號，因此要求運(yùn)放有 較高的共模抑制比。三、加法運(yùn)算電路圖1所示為實(shí)現(xiàn)兩個輸入電壓v

3、S1、vS2的反相加法電路，該電路屬于多輸入的電壓并聯(lián)負(fù)反饋 電路。由于電路存在虛短，運(yùn)放的凈輸入電壓vI= 0,反相端為虛地。利用 vI=0, vN=0和反相端輸入電流iI=0的概念，則有由此得出若 R1= R2= Rf，則上式變?yōu)?-vO= vS1+ vS2式中負(fù)號為反相輸入所致，若再接一級反相電路，可消去負(fù)號，實(shí)現(xiàn)符合 常規(guī)的算術(shù)加法。該加法電路可以推廣到對多個信號求和。從運(yùn)放兩端直流電阻平衡的要求出發(fā)，應(yīng)取R '=R1R2 Rf。四、減法運(yùn)算電路1、反相求和式運(yùn)算電路圖1反相求和式減法電路圖1所示是用加法電路構(gòu)成 的減法電路，第一級為反相比例 放大電路，若Rf1 = R1,則v

4、O仁 vS1 ;第二級為反相加法電路，可 以推導(dǎo)出若取 R2= Rf2，貝U vO = vS1 -/S2vS1、vS2的共模電由于兩個運(yùn)放構(gòu)成的電路均存在虛地，電路沒有共模輸入信號，故允許 壓范圍較大。2、差分式減法電路差分式減法電路圖1所示電路可以實(shí)現(xiàn)兩個輸入電壓vS1、vS2相減，在理想情況下,電路存在虛短和虛斷，所以有vI=0，iI=0，由此得下列方程式：及 二 兒vo 一（）（岸 *）妝 y vsi由于vN= vP，可以求出一 ':一準(zhǔn)二互v0 = （VS2 - vsl）若取亠 I ,則上式簡化為：即輸出電壓vO與兩輸入電壓之差（vS2 -/S2 ）成比例，其實(shí)質(zhì)是用差分式放大

5、電路 實(shí)現(xiàn)減法功能。差分式放大電路的缺點(diǎn)是存在共模輸入電壓。因此為保證運(yùn)算精度應(yīng)當(dāng)選擇共模抑制 比較高的集成運(yùn)放。差分式放大電路也廣泛應(yīng)用于檢測儀器中，可以用多個集成運(yùn)放構(gòu)成性能更好的差分式放大電路。五、積分電路圖1a所示為基本積分電路。其輸出電壓與輸入電壓成積分運(yùn)算關(guān)系。利用虛地的概念:vI=0 , iI=0 ,則有即是電容C的充電電流,空二C虬七 即._ 二恥）式中V0（t1）為t1時刻電容兩端的電壓值，即初始值。積分運(yùn)算電路的輸出-輸入關(guān)系也常用傳遞函數(shù)表示為假設(shè)輸入信號vs是階躍信號，且電容 C初始電壓為零，則當(dāng)tO寸輸出電壓VO與時間t的關(guān)系如動畫所示。對于實(shí)際的積分電路，由于集成運(yùn)

6、放輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流和失調(diào)電流的影響， 常常會出現(xiàn)積分誤差，可選用VIO、Im、110較小和低漂移的運(yùn)放，或選用輸入級為FET組碭BiFET運(yùn)放。積分電容器的漏電流也是產(chǎn)生積分誤差的原因之一，因此，選用泄漏電阻大的電容器，如薄膜電容、聚苯乙烯電容器以減少積分誤差。圖1所示的積分器可用作顯示器的掃描電路 或?qū)⒎讲ㄞD(zhuǎn)換為三角波等。六、微分電路1.基本微分電路微分是積分的逆運(yùn)算，將基本積分電路中的 電阻和電容元件位置互換，便得到圖1所示的微分 電路。上式表明，輸出電壓 vO與輸入電壓的微分在這個電路中，同樣存在虛地和虛斷，因此 可得2.改進(jìn)型微分電路二成正比。當(dāng)輸入電壓vS為階躍信號時，考慮

7、到信號源 總存在內(nèi)阻，在t=0時，輸出電壓仍為一個有限值 隨著電容器C的充電。輸出電壓 vOo將逐漸地衰 減，最后趨近于零，如圖 2所示。當(dāng)輸入電壓為正弦信號 vS=sin wt時，則輸出電壓vO= -RCw coswt。此時vO的輸出幅 度將隨頻率的增加而線性地增加。說明微分電路對高頻噪聲特別敏感，故它的抗干擾能力 差。另外，對反饋信號具有滯后作用的RC環(huán)節(jié)，與集成運(yùn)放內(nèi)部電路的滯后作用疊架在一起，可能引起自激振蕩。再者 vS突變時，輸入電流會較大，輸入電流與反饋電阻的乘積可 能超過集成運(yùn)主的最大輸出電壓 ，有可能使電路不能正常工作 。一種改進(jìn)型的微分電路如圖 3所示。其中R1起限流作用，R2和C2并聯(lián)起相位補(bǔ)償作用。該電路是近似的微分電路。七、比例一積分一微分電路圖1比例-積分-微分電路1表示積分；第四對于基本積分電路，用Z1和Zf代替電阻和電容。在復(fù)頻域中，應(yīng)用拉氏變換，將Z1和Zf寫成運(yùn)算阻抗的形式Z1(s)、Zf(s)，其中s為復(fù)頻率變量， 輸出電壓的表達(dá)式可以寫成改變Z1(s)和Zf(s)的形式，可以實(shí)現(xiàn)各種不同的 數(shù)學(xué)運(yùn)算。對于圖1a所示的電路，其傳遞函數(shù)為上式括號內(nèi)第一、二兩項(xiàng)表示比例運(yùn)算；