3.5.1 反相输入（比例）放大器（课件）-高二《电子技术基础与技能》同步教学（人邮版）

3.5 集成运算放大器的基本运算电路 集成运放外接不同的反馈电路和元件等，就可以构成比例、加减、积分、微分等各种运算电路。 在分析它们的输出电压与输入电压的函数关系时，考虑运放处于线性工作范围，一般情况下将它视为理想器件。 3.5.1 反相输入（比例）放大器 1．电路结构 反相比例放大电路如图3.35所示，其中图（a）所示为实物图，图（b）所示为电路原理图。输入信号Ui从反相输入端与地之间加入，RF是反馈电阻，接在输出端和反相输入端之间，将输出电压Uo反馈到反相输入端，实现负反馈。R1是输入耦合电阻，R2是补偿电阻（也叫平衡电阻），R2=R1∥RF。 图3.35 反相比例放大器 2．输出与输入的关系 由前面学习的两个重要结论可知I+=I−=0，所以图3.35电路中的I1=If，同时R2上电压降等于零，即同相输入端与地等电位；又有U+=U−，则反相输入端也与地等电位。故a点与b点电位相同，相当于短路，但内部并未真正短路，称为“虚短”；称反相输入端为“虚地”，即并非真正“接地”，“虚地”是反相比例运放的一个重要特点。 由上述分析可得其电压放大倍数为 因此输出电压与输入电压的关系为 可见输出电压与输入电压存在着比例关系，比例系数为 ，负号表示输出电压Uo与输入电压Ui相位相反。只要开环放大倍数Au足够大，那么闭环放大倍数Auf就与运算电路的参数无关，只决定于电阻RF与R1的比值。故该放大电路通常称为反相比例运算放大器。 实际应用 反相器 反相器电路如图3.36（a）所示，图3.36（b）所示为其符号。前面学习了反相比例运算放大器，其电压放大倍数如式（3-28）所示，输出与输入的关系如式（3-29）所示。若式中R1=RF，则电压放大倍数等于−1，输出与输入的关系为 Uo= −Ui （a）电路 （b）符号 图3.36 反相器 上述表明，该电路无电压放大作用，输出电压Uo与输入电压Ui数值相等，但相位是相反的。所以它只是把输入信号进行了一次倒相，因此把它称为反相器。 1．电路结构 同相比例放大电路如图3.38所示，其中图（a）所示为实物图，图（b）所示为电路原理图。 输入信号电压Ui接入同相输入端，输出端与反相输入端之间接有反馈电阻RF与R1，为使输入端保持平衡，R2=R1∥RF。 （a）实物图 （b）电路原理图 图3.38 同相比例放大器 2．输出与输入的关系 由前面学习的两个重要结论可知：输入电流Ii=0，所以Uo= I1(R1+RF)，而Ui=U+=U−=I1R1，于是可求得同相放大器的电压放大倍数为 即 输出电压与输入电压的关系为 可见输出电压与输入电压也存在着比例关系，比例系数为 ，而且输出电压Uo与输入电压Ui相位相同。只要开环放大倍数Au足够大，那么闭环放大倍数Auf就与运算电路的参数无关，只决定于电阻RF与R1。故该放大电路通常称为同相比例运算放大器。 实际应用 电压跟随器 在前面学习的同相比例运算放大器中，当反馈电阻RF短路或R1开路的情况下，由式（3-30）、式（3-31）可知，其电压放大倍数等于1，输出与输入的关系为 Uo=Ui 即输出电压的幅度和相位均随输入电压幅度和相位的变化而变化，故称之为电压跟随器，它是同相比例放大器的一种特例。 电压跟随器的电路如图3.39所示。 图3.39 电压跟随器 $$