比例运算电路

接线图 2023年07月21日 22:52 822 admin

比例运算电路的输出电压与输入电压之间存在比例关系，即电路可实现比例运算。比例电路是最基本的运算电路，是其他各种运算电路的基础，本章随后将要介绍的求和电路、积分和微分电路、对数和指数电路等等，都是在比例电路的基础上，加以扩展或演变以后得到的。

根据输入信号接法的不同，比例电路有三种基本形式：反相输入、同相输入以及差分输入比例电路。

1、反相比例运算电路

在上图中，输入电压u1经电阻R1加到集成支放的反相输入端，其同相输入端经电阻R2接地。输出电压u0经RF接回到反相输入端。集成运放的反相输入端和同相输入端，实际上是运放内部输入级两个差分对管的基极。为使差动放大电路的参数保持对称，应使两个差分对管基极对地的电阻尽量一致，以免静态基流流过这两个电阻时，在运放输入端产生附加的偏差电压。因此，通常选择R2的阻值为

R2=R1 // RF （1）

经过分析可知，反相比例运算电路中反馈的组态是电压并联负反馈。由于集成运放的开环差模增益很高，因此容易满足深负反馈的条件，故可以认为集成运放工作在线性区。因此，可以利用理想运放工作在线性区时“虚短”和“虚断”的特点来分析反相比例运算电路的电压放大倍数。

在上图中，由于“虚断”，故i+=0，即R2上没有压降，则u+=0。又因“虚短”，可得

u-= u+=0 （2）

上述说明在反相比例运算电路中，集成运放的反相输入端与同相输入端两点的电位不仅相等，而且均等于零，如同该两点接地一样，这种现象称为“虚地”。“虚地”是反相比例运算电路的一个重要特点。

由于I-=0，由由图可见

iI= iF

即

上式中u-=0，由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为

比例运算电路第3张

(3)

下面分析反相比例运算电路的输入电阻。因为反相输入端“虚地”，显而易见，电路的输入电阻为

Rif = R1 (4)

综合以上分析，对反相比例运算电路可以归纳得出以下几点结论：

1）反相比例运算电路实际上是一个深度的电压并联负反馈电路。在理想情况下，反相输入端的电位等于零，称为“虚地”。因此加在集成运簇输入端的共模输入电压很小。

2）电压放大倍数比例运算电路第4张 , 即输出电压与输入电压的幅值成正比，但相位

相反。也就是说，电路实现了反相比例运算。比值 Auf 决定于电阻RF和R1之比，而与集成运放内部各项参数无关。只要RF和R1的阻值比较准确而稳定，就可以得到准确的比例运算关系。比值Auf 可以大于1，也可以小于1。当RF=R1时，Auf=-1，称为单位增益倒相器。

3）由于引入了深度电压并联负反馈，因此电路的输入电阻不高，输出电阻很低。

2、同相比例运算电路

比例运算电路第5张

在上图中，输入电压u1接至同相输入端，但是为保证引入的是负反馈，输出电压uo通过电阴RF仍接到反相输入端，同时，反相输入端通过电阴R1接地。为了使集成运放反相输入端和同相输入端对地的电阻一致，R2的阻值仍应为

R2 = R1 // RF

同相比例运算电路中反馈的组态为电压串联负反馈，同样可以利用理想运放工作在线性区时的两个特点来分析其电压放大位数。

在上图中，根据“虚短”和“虚断”的特点可知, i_=i+=0, 故

比例运算电路第6张

则同相比例运算电路的电压放大倍数为

比例运算电路第7张 (5)

由于引入了电压串联负反馈，因此能够提高输入电阻，而且提高的程度与反馈深度有关。在理想运放条件下，即认为Aod 趋于无穷大，Rid趋于无穷大 ,则同相比例运算电路的输入电阻Rid 趋于无穷大。当考虑Aod≠ ∞，Rid ≠ ∞的一般情况时，经过分析可知，同相比例运算电路的输入电阻为

Rid = （1 + AodF）Rid （6）

式中Aod和Rid分别是集成运放的开环差模电压增益和差模输入电阻，F是反馈系数，在本电路中

比例运算电路第8张

由式（5）可知，同相比例运算电路的电压放大倍数总是大于或等于1。

由于这种电路的输出电压与输入电压不仅幅值相等，而且相位也相同，二者之间是一种“跟随”关系，所以又称为电压跟随器。

综上所述，对同相比例运算电路可以得到以下几点结论：

1）相比例运算放大电路是一个深度的电压串联负反馈电路。因为u_ = u+= uI，所以不存在“虚地”现象，在选用集成运放时要考虑到其输入端可能具有较高的共模输入电压。

2)电压放大倍数比例运算电路第9张 ,即输出电压与输入电压的幅值成正比，且相位相同。也就是说，电路实现了同相比例运算。Auf也只取决于电阻RF和R1之比，而与集成运放的内部参数无关，所以比例运算的精度和稳定性主要取决于电阻RF和R1的精确度和稳定度。一般情况下，Auf值恒大于1。当RF=0或R1=∞时，Auf=1，这种电路称为电压跟随器。