反馈放大器PPT课件

.,1,第8章反馈放大器和集成运算放大器,8.1放大电路中的反馈8.2差动放大电路8.3集成运算放大器的简介8.4运算放大器的线性应用,.,2,8.1放大电路中的反馈,前面我们学习的各种类型的基本放大电路，都是将信号从输入端输入，经过放大电路后从输出端输送给负载。而实际应用中，往往将输出量的一部分或者全部又返回到放大器的输入端，这称为反馈。反馈有正、负极性之分。负反馈可以改善放大器性能，可以减小非线性失真，改变输入、输出电阻，稳定放大倍数，扩展通频带等。因此几乎所有的实用放大电路都是带负反馈的电路。,.,3,8.1.1反馈的基本概念,将放大电路输出量（电压或电流）的全部或一部分，通过某些元件或网络（反馈网络），反向送回到输入端，来影响原输出量（电压或电流）的过程称为反馈。,有反馈的放大电路称为反馈放大电路，其组成框图如图8.1所示,.,4,图8.1反馈放大电路组成框图,.,5,要识别一个电路是否存在反馈，只要分析放大电路的输出回路与输入回路之间是否存在起联系作用的反馈网络。反馈网络通常由一个纯电阻或串、并联电容无源网络构成，也可以由有源网络构成。其功能是将取自输出回路的电量（电压或电流），变换成与原输入相同量纲的电量，送到输入回路。,.,6,反馈放大器与基本放大器的区别在于：反馈放大器的输入信号是信号源和反馈信号叠加后的净输入信号；而输出信号在输送到负载的同时，还要取出部分或全部再回送到原放大器的输入端；引入反馈后，使信号既有正向传输也有反向传输，电路形成闭合环路。,.,7,8.1.2反馈类型的判别,1.反馈极性的判别,通常采用“瞬时极性法”判断是正反馈还是负反馈，具体方法如下：,在反馈放大电路中，反馈量使放大器净输入量得到增强的反馈称为正反馈，使净输入量减弱的反馈称为负反馈。,.,8,先在放大器输入端设定输入信号对地的极性为“+”或“-”，再依次按相关点的相位变化情况推出各点信号对地的交流瞬时极性，再根据反馈到输入端的反馈信号对地的瞬时极性判断，若使原输入信号减弱是负反馈，使原输入信号增强是正反馈。当输入信号与反馈信号在不同端子引入时，反馈信号与输入信号极性相同，为负反馈；若两者极性相反，为正反馈。,.,9,图8.2（a）所示电路中，输入信号与反馈信号分别在反相输入端和同相输入端引入，而两者极性相反使净输入uid增加，故是正反馈。可以证明，当输入信号与反馈信号在同一节点引入时，若两者极性相同者，为正反馈；两者极性相反者，为负反馈。故图8.2（b）所示属于负反馈电路。,.,10,（a）正反馈电路,（b）负反馈电路,图8.2用瞬时极性法判断反馈极性,.,11,2.交流反馈与直流反馈,在放大电路中存在有直流分量和交流分量，若反馈信号是交流量，则称为交流反馈，它影响电路的交流性能；若反馈信号是直流量，则称为直流反馈，它影响电路的直流性能，如静态工作点。若反馈信号中既有交流量又有直流量，则反馈对电路的交流性能和直流性能都有影响。,.,12,（a）原电路,（b）直流通路,（c）交流通路,图8.3具有不同反馈的电路,.,13,以图8.3（a）所示电路图为例，电路中有两条反馈支路。一条是从输出端接到反相输入端的反馈支路，很容易分析出这是交、直流都有的负反馈。另一条由C2、R1、R2形成的反馈网络是正反馈。由于C2的隔直作用，这个反馈只引入交流反馈。从电路的交、直流通路中可以看得清楚，如图8.3（b）、（c）所示。,.,14,3.电压反馈与电流反馈,判断电压反馈和电流反馈，主要看从输出回路取样的对象是输出电压还是输出电流。若反馈取样对象是输出电压，则称电压反馈，如图8.4（a）所示，其反馈信号（电压或电流）正比于输出电压。当取样对象是输出电流，则称为电流反馈，如图8.4（b）所示，其反馈信号（电压或电流）与输出电流成正比。在实际判断中，只要假设输出电压uo0，即输出负载短路，若反馈不存在，则为电压反馈；如果反馈仍存在，则为电流反馈。,.,15,（a）电压反馈,（b）电流反馈,图8.4电压反馈与电流反馈,.,16,4.串联反馈与并联反馈,串联反馈和并联反馈是以反馈信号与输入信号在输入回路相比较的方式来区分的。反馈信号和输入信号以电压形式出现，故在输入回路中两者是以串联相比较的反馈是串联反馈。这时，反馈信号和输入信号不在同一节点引人，如图8.5的反馈所示。两信号以电流形式出现，在输入节点并联相比较的是并联反馈。这时的反馈信号和输入信号通常在同一节点引人，如图8.5的反馈所示。,.,17,（a）串联反馈,（b）并联反馈,图8.5串联反馈与并联反馈,.,18,根据输出端的取样方式和输入端的连接方式，可以组成四种不同类型的负反馈电路：,（1）电压串联负反馈；,（2）电压并联负反馈；,（4）电流并联负反馈。,（3）电流串联负反馈；,.,19,8.1.3负反馈对放大电路性能的影响,1.降低放大器的放大倍数，提高放大信号的稳定性,由图8.1所示反馈放大器的放框图可得负反馈电路各信号量之间的基本关系式：开环放大倍数：在未接入反馈之前，电路未形成闭合回路时的放大倍数。这时。,公式（8-1）,.,20,反馈系数：接入负反馈后，将反馈信号与输出信号之比，定义为反馈系数F。,闭环放大倍数：引入负反馈后，环路闭合后输出信号与环路输入信号之比。,公式（8-2）,公式（8-3）,.,21,表示净输入信号，它是输入信号与反馈信号的差值，即,引入负反馈后，放大器的闭环放大倍数降低了，且降低为原放大倍数的1/（1+AF）。当AF1时，。说明闭环放大倍数仅与反馈系数有关，由于反馈环节一般都必须是由线性元件构成，性能稳定，因此闭环放大倍数稳定。,=,-,.,22,2.减小非线性失真,在负反馈放大电路中，净输入信号ui是输入信号ui与失真输出信号的反馈量uf相减的结果，净输入信号ui的波形与原输出失真信号的畸变方向相反，从而使放大器的输出信号波形得以改善，如图8.6所示。,.,23,（a）无负反馈的电路信号变化,（b）有负反馈的电路信号变化,图8.6减小非线性失真,.,24,3.展宽频带,利用负反馈能使放大倍数稳定的概念很容易说明负反馈具有展宽频带的作用。我们知道，放大器引入负反馈后，在中频区，放大器的放大倍数下降多，在高、低频区，放大倍数下降得少，结果是放大器的幅频特性变得平坦，上限频率由移至，下限频率由移至。如图8.7所示。,.,25,图8.7开环与闭环的幅频特性,.,26,在通常情况下，放大电路的增益带宽积为一常数，即,一般情况下，fHfL，所以AffHfAfH，这表明，引入负反馈后，电压放大倍数下降为几分之一，通频带就扩展几倍。可见，引入负反馈能扩展通频带，但这是以降低放大倍数为代价的。,应当指出，由于负反馈的引入，在减小非线性失真的同时，降低了输出幅度。此外输入信号本身固有的失真，是不能用引入负反馈来改善的。,.,27,4.负反馈对输入电阻的影响,负反馈对输入电阻的影响，取决于反馈网络在输入端的连接方式。,如图8.8（a）所示是串联负反馈电路的方框图。,（1）串联负反馈,.,28,（a）串联负反馈方框图,（b）并联负反馈方框图,图8.8负反馈对输入电阻的影响,.,29,由图可知，开环放大器的输入电阻为,引入负反馈后，闭环输入电阻rif为,公式（8-4）,公式（8-5）,.,30,上式表明，引入串联负反馈后，输入电阻是无反馈时输入电阻的（1+AF）倍。这是由于引入负反馈后，输入信号与反馈信号串联连接。从图中可以看出，等效的输入电阻相当于原开环放大电路的输入电阻与反馈回路的反馈电阻串联，其结果必然是增加了。所以串联负反馈使输入电阻增大。,.,31,（2）并联负反馈,图8.8（b）是并联负反馈电路的方框图。由图可知，开环放大器的输入电阻为ri=ui/iid。引入负反馈后，闭环输入电阻rif为,公式（8-6）,.,32,上式表明，引入并联负反馈后，输入电阻是无反馈时输入电阻的1/（1+AF）倍。这是由于引入负反馈后，输入信号与反馈信号并联连接。从图中可以看出，等效的输入电阻相当于原开环放大电路的输入电阻与反馈回路的反馈电阻并联，其结果必然是减小了。所以并联负反馈使输入电阻减小。,.,33,5.负反馈对输出电阻的影响,负反馈对输出电阻的影响，取决于反馈网络在输出端的取样量。,（1）电压负反馈,如图8.9（a）所示是电压负反馈的方框图。对于负载RL来说，从输出端看进去，等效的输出电阻相当于原来开环放大电路输出电阻与反馈网络的电阻并联，其结果必然使输出电阻减小。经分析，两者的关系为,公式（8-7）,.,34,即引入电压负反馈后的输出电阻是开环输出电阻的1/（1+AF）。,（a）电压负反馈方框图；,（b）电流负反馈方框图,图8.8负反馈对输出电阻的影响,.,35,（2）电流负反馈,如图8.9（b）所示是电压负反馈的方框图。对于负载RL来说，从输出端看进去，等效的输出电阻相当于原来开环放大电路输出电阻与反馈网络的电阻串联，其结果必然使输出电阻增大。经分析，两者的关系为,公式（8-8）,即引入电流负反馈后的输出电阻是开环输出电阻的（1+AF）倍。,.,36,需要注意的是，在讨论负反馈放大电路的输入电阻和输出电阻时，还要考虑反馈环节以外的电阻。,以上分析说明：引入负反馈能改善放大电路的性能。那么，在实际电路中如何引入负反馈呢？我们归纳为以下三点：,要稳定交流性能，应引入交流负反馈；要稳定静态工作点，应引入直流负反馈；,要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入电阻，应引入并联负反馈；,要稳定输出电压，应引入电压负反馈；要稳定输出电流，应引入电流负反馈；,.,37,8.2差动放大电路,8.2.1直接耦合放大电路的的问题,在直接耦合放大电路中，由于级与级之间无隔直电容，因此各级的静态工作点相互影响，从而要求在设计电路时，合理安排，使各级都有合适的静态工作点。,若将直接耦合放大电路的输入端短路（ui=0），理论上讲，输出端应保持某个固定值不变。然而，实际情况并非如此，输出电压往往偏离初始静态值，出现了缓慢的、无规则的漂移，这种现象称为零点漂移。,.,38,产生零点漂移的原因是电源电压的波动，元器件参数的变化，特别是环境温度的变化。当输入级放大电路的Q点由于某种原因而稍有偏移时，输入级的输出电压会发生微小的变化，这种缓慢的微小变化就会被逐级放大，致使放大电路输出端产生较大的漂移电压，而且级数越多，漂移越大；当漂移电压的大小可以和有效信号电压相比拟时，就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压，严重时甚至漂移电压会淹没有用信号，使放大电路无法工作。因此，设计电路时必须对此现象加以抑制。,.,39,为了表示由于温度变化引起的漂移，常把温度每升高1oC时，输出电压的变化量Uo按放大电路的总增益Au折合到输入端的等效输入漂移电压Ui作为温漂指标。,温漂是直接耦合放大电路所特有的现象，也是最棘手的问题。人们采用各种补偿措施来抑制温漂，其中最有效的方法是使用差动放大电路来抑制零点漂移。,.,40,8.2.2差动放大电路的对零点漂移的抑制,差动放大电路是集成运算放大器的基本组成单元。利用差动放大电路可以克服直接耦合放大电路的零点漂移现象。,如图8.9所示为基本差动放大电路，它是由两个电路参数和管子特性完全队称的共射极放大电路组成的。输入信号ui1和ui2从两个晶体管的基极输入，称为双端输入，输出信号从两个集电极之间取出，称为双端输出。Re为差动放大电路的公共射极电阻，用来决定晶体管的静态工作电流和抑制零漂。Rc1、Rc2为集电极负载电阻，电路采用VCC、VEE双电源供电。RP是调零电位器，保证零输入时为零输出，在做分析时我们可以将其去掉。,.,41,1.静态分析,当没有输入信号电压时，即ui1=ui2=0，由于电路完全对称，所以Rc1=Rc2=Rc，UBE1=UBE2=UBE，这时,当1时,.,42,故输出电压,由此可知，输入信号为零时，基本差动放大电路的输出信号电压uo也为零。,.,43,图8.9基本差动放大电路,.,44,2.抑制零点漂移的演示,演示过程如下：,（1）当将两输入端与地连接即ui=0时，将万用表直流电压挡接在输出端，此时会发现，万用表的指针几乎不动，即Uo=0。如果有偏差，可通过调节电位器RP弥补因两管参数误差造成的不对称性，可使输出电压Uo=0。,.,45,（2）若用一只手捏住一只管子的管壳（相当于给一只管子加热）时，你会发现，万用表的指针慢慢偏转，说明此时的输出电压已经不为零了。,（3）若用两只手同时分别捏住两只管子的管壳（相当于给两只管子同时加热）时，万用表的指针指向零，说明输出电压为零。,.,46,演示现象分析：,演示步骤（1）我们可以通过前面的静态分析知道。,在演示步骤（2）中，当用手捏住一只管子的管壳时，由于只给一只管子加热，两管参数变化不同，两管集电极电压变化不同，因而其输出电压不为零，产生了零点漂移。,在演示步骤（3）中，当用两只手同时捏住两只管子的管壳时，由于给两管同时加热，两管参数的变化是相同的，两管集电极电流的变化是相同的，两集电极电压的变化也是相同的，因此其输出电压为零，输出电压没有漂移。可以看出，差动放大电路是利用电路的对称性来抑制零点漂移的。,.,47,8.2.3差动放大电路的电压放大倍数,从理论上讲，差动放大电路的参数是对称的，因此，在分析时，为了方便，可将图8.9中的电位器去掉。,在差动放大电路两输入端分别输入大小相等、相位相反的信号，即ui1=-ui2时，这种输入方式称为差模输入，所输入的信号称为差模输入信号。差模输入信号用uid来表示。差模输入电路如图8.10所示，由图可得,.,48,在差动放大电路两输入端分别输入大小相等、相位相同的信号，即ui1=ui2时，这种输入方式称为共模输入，所输入的信号称为共模输入信号。共模输入信号用uic来表示。共模输入电路如图8.11所示，由图可得,在差动放大电路两输入端输入的信号大小不等时，此时，可将其分解为差模信号和共模信号。差模信号为两输入信号之差，用uid表示，即,.,49,共模信号为两输入信号的算术平均值，用uic表示，即,于是，加在两输入端上的信号可分解为,.,50,图8.10差模输入电路,图8.11共模输入电路,.,51,差模输入时，ui1=-ui2，由于两管的输入电压方向相反，流过两管的电流方向也相反。一管电流增加，另一管的电流减小，在电路完全对称的条件下，ic1增加的量与ic2减小的量相等，所以流过Re的电流变化为零，则URe=0。可以认为：Re对差模信号呈短路状态，交流通路如图8.12所示，由图可以看出，当从两管集电极取电压时，其差模电压放大倍数表示为,公式（8-9）,.,52,当在两个管子的集电极接上负载RL时，,其中,在输入差模信号时，两管集电极电位的变化等值反相。可见，负载电阻RL的中点是交流地点位，所以在差动输入的半边等效电路中，负载电阻是RL/2。,公式（8-10）,.,53,综上分析可知：双端输入、双端输出差放电路的差模电压放大倍数与单管共射放大电路的电压放大倍数相同。可见，差放电路是用增加了一个单管共射放大电路作为代价来换取对零点漂移的抑制能力的。,由电路可得差模输入电阻为,电路的两集电极之间的差模输出电阻为,公式（8-11）,公式（8-12）,.,54,图8.12差模输入时的交流通路,图8.13共模输入时的交流通路,.,55,共模输入时，ui1=ui2=uic，其交流通路如图8.13所示，在共模信号电压作用下，两管的电流同时增加或减少，由于电路对称，输出端的电压uoc1和uoc2变化也是大小相等、极性相同，输出电压=uoc1uoc2=0，其双端输出的共模电压放大倍数为,公式（8-13）,.,56,综上所述，差动放大电路对共模信号无放大，而对差模信号有放大，可以概括为：输入有差别，输出就变动；输入无差别，输出就不动。这就是差动放大电路名称的由来。,.,57,在实际中，共模信号是反映温漂干扰或噪声等无用的信号，因为温度的变化，噪声的干扰对两管的影响是相同的，可等效为输入端的共模信号，在电路对称得情况下，其共模输出电压为零，即使电路不完全对称，可通过发射极电阻Re，使每个晶体管的共模输出电压减小。在图8.13中，若将T1管的基极电阻用Rb1表示，集电极电阻用Rc1表示，发射结交流电阻用rbe1表示，则T1管的共模电压放大倍数为,.,58,同理，T2管的共模电压放大倍数为,公式（8-14）,公式（8-15）,由Auc1、Auc2的表达式可看出，Re越大，其值越小，共模输出电压uoc1、uoc2越小，从而使共模输出电压uoc越小。,.,59,从上述分析可知，对差模信号来说，Re相当于短路，即Re对差模信号无损耗。对共模信号来说，Re使每个晶体管的共模电压放大倍数减小，即Re对共模信号具有衰减作用。,实际应用中，差动放大电路两输入信号中既有差模信号成分，又有无用的共模输入成分，此时可利用叠加原理来求总的输出电压，即,.,60,在差动放大电路的输出电压中，总希望差模输出电压越大越好，而共模输出电压越小越好，为了表明差动放大电路对差模信号的放大能力及对共模信号的抑制能力，常用共模抑制比作为一项重要技术指标来衡量，其定义为放大电路对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的放大倍数Auc之比的绝对值，即,共模抑制比有时也用分贝（dB）来表示：,公式（8-16）,公式（8-17）,.,61,显然，共模抑制比越大，差动放大电路分辨差模信号的能力越强，受共模信号的影响越小，对于双端输出的差动放大电路，若电路完全对称，则共模电压放大倍数等于零，共模抑制比趋于无穷大。对于实际电路，虽然模抑制比不能趋于无穷大，但也希望其数值越大越好。,.,62,差动放大电路有两个输入端和两个输出端，所以在信号源与两个输入端的连接方式及负载从输出端取出电压的方式上可以根据需要灵活选择。,（1）双端输入、单端输出,输出信号只从一管的集电极对地输出，这种输出方式叫单端输出。此时由于只取出一管的集电极电压变化量，只有双端输出电压的一半，因而差模电压放大倍数也只有双端输出时的一半。信号从T1管的集电极输出时为反相输出；从T2管的集电极输出时为同相输出。,.,63,（2）单端输入、双端输出,将差放电路的一个输入端接地，信号只从另一个输入端输入，这种连接方式称为单端输入。在单端输入差放电路中，虽然信号只从一端输入，但另一管的输入端也得到了大小相等、相位相反的输入信号，与双端输入电路工作状态相同，因此，双端输入的各种结论均适用于单端输入情况。,由于单端输入与双端输入情况相同，因而单端输入、单端输出电路计算与双端输入、单端输出电路计算相同。,（3）单端输入、单端输出,.,64,8.3集成运算放大器的简介,所谓集成电路，是相对于分立元件而言的，就是把整个电路的各个元件以及相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。近年来，集成电路正在逐渐取代分立元件电路。由于集成电路中元器件密度高，引线短，外部接线大为减少，因而大大提高了电子电路的可靠性和灵活性，从而促进了各个科学技术领域先进技术的发展。,.,65,8.3.1集成运算放大器的管脚和符号,集成运算放大器是一种集成化的半导体器件，它实际上是一个高增益的直接耦合放大器，其内部原理框图如图8.14所示，它由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四部分组成。,图8.14集成运算放大器内部组成原理框图,图8.15LM741管脚图,.,66,1.输入级,输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高，为了能减小零点漂移和抑制共模干扰信号，输入级都采用具有恒流源的差动放大电路，也称差动输入级。,.,67,2.中间级,中间级的主要作用是提供足够大的电压放大倍数，故而也称电压放大级。要求中间级本身具有较高的电压增益。为了减少前级的影响，还应具有较高的输入电阻。另外，中间级还应向输出级提供较大的驱动电流，并能根据需要实现单端输入、双端差动输出，或双端差动输入、单端输出。,.,68,3.输出级,输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要，同时还需要有较低的输出电子和较高的输入电阻，以起到将放大级和负载隔离的作用。输出级一般由射级输出器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。,4.偏置电路,偏置电路的作用是为各级提供合适的工作电流，一般由各种恒流源电路组成。,.,69,LM741的管脚排列如图8.15所示，各管脚的用途是,1脚和5脚为外接调零电位器的两个端子，一般只需在这两个引脚上接入10K线绕电位器，即可调零；,2脚为反相输入端，由此端接输入信号，则输出信号与输入信号是反相的；,3脚为同相输入端，由此端接输入信号，则输出信号与输入信号是同相的；,6脚为输出端；4脚为负电源端，接-3-18V电源；,7脚为正电源端，接+3+18V电源8脚为空脚。,.,70,（a）国际标准符号,（b）习惯通用画法符号,图8.16集成运放的符号,集成运放的符号如图8.16所示，图（a）中“”表示信号的传输方向，“”表示放大倍数为理想条件。两个输入端中，“-”号表示反相输入端，电压用“u-”表示，“+”号表示同相输入端，电压用“u+”表示。图（b）中“A”习惯通用符号，表示该器件为集成运算放大器。,.,71,8.3.2理想运算放大器,（1）开环差模电压放大倍数趋近于无穷大；,（3）输出阻抗趋近于零；,（4）共模抑制比趋近于无穷大；,（2）输入阻抗趋近于无穷大；,1.理想运算放大器及其主要特点,把具有理想参数的集成运算放大器称为理想集成运算放大器。它是为了简化运放电路分析过程而提出的一种理想化器件，它的主要特点：,此外，还认为器件的频带为无限宽，没有失调现象等。,.,72,2.理想运算放大器与实际运算放大器,实际上并不存在理想运算放大器。但目前，集成运算放大器的性能指标已经做得很高，在分析它们组成的电路时，把它们看作是理想运算放大器，所得到的分析结果与实际情况已近接近，一般已能满足工程的需要。但也应切记，按理想运算放大器所得到的分析结果是有误差的。分析运算放大器的参数与这一误差之间的关系，可以找出提高集成运算放大电路性能的途径。,.,73,8.4运算放大器的线性应用,集成运放是一个直接耦合的多级放大器，它的传输特性见图8.17曲线。图中BC段为集成运放工作的线性区，AB和CD段为集成运放工作的非线性区（即饱和区）。由于集成运放的电压放大倍数极高。BC段十分接近纵轴。在理想情况下，认为BC段与纵轴重合，所以它的理想传输特性可以由图中曲线表示，则BC段表示集成运放工作在线性区，AB和CD段表示运放工作在非线性区。,.,74,图8.17集成运放的传输特性,图8.18带负反馈的运放电路,.,75,当集成运放电路的反相输入端和输出端有通路（有负反馈）时，如图8.18所示，一般情况下，可以认为集成运放工作在线性区。由图8.17曲线可知，这种情况下，理想集成运放具有两个重要特点：,（1）由于理想集成运放开环差模电压放大倍数趋近于无穷大，故可以认为两个输入端之间的差模电压近似为零，即uid=u-u+0，即u-=u+，而uo具有一定值。由于两个输入端间的电压近似为零，而又不是短路，故称为“虚短”。,.,76,（2）由于理想集成运放的输入电阻趋近于无穷大，故可以认为两个输入端不取电流，即i-=i+0，这样，输入端相当于断路，而又不是断开，称为“虚断”。,利用集成运放工作在线性区时的两个特点，分析各种运算与处理电路的线性工作情况将十分简便。另外由于理想集成运放输出阻抗趋近于零，一般可以不考虑负载或级联时后级运放的输入电阻对输出电压uo的影响，但受运放输出电流限制，负载电阻不能太小，更不能短路。,.,77,由集成运放河外接电阻、电容构成比例、加减、积分和微分的运算电路称为基本运算电路。这时集成运放工作在线性工作范围。在分析这些电路的输出与输入的运算关系或电压放大倍数时，将集成运放看成理想运放，因此可根据“虚短”和“虚断”的特点来进行分析，较为简便。,.,78,8.4.1反相比例运算,如图8.19所示电路是反相比例运算电路，又叫做反相放大器。输入信号从反相输入端输入，同相输入端通过电阻接地。根据“虚短”和“虚断”的特点，即u-=u+，i-=i+=0，可得u-=0,故u+=0。这表明，运放反相输入端与地端等电位，但又不是真正接地，因此,.,79,又因i-=0，故i1=if，则可得,公式（8-18）,上式表明，uo与ui符合比例关系，式中负号表示输出电压与输入电压的相位（或极性）相反。闭环电压放大倍数为,公式（8-19）,.,80,图8.19反相比例运算电路,.,81,改变Rf和R1比值，即可改变其放大倍数。闭环输入电阻为,因为运放的开环输出电阻趋近于零，引入电压负反馈后，会使输出电阻减小，故闭环输出电阻也趋近于零。,公式（8-20）,电阻R2并没有出现在任何一个指标的表达式中，其作用是使运放两个输入端向外看的直流等效电阻相等，保持运放内部输入级（差动放大器）的对称性，故称为直流平衡电阻，也叫补偿电阻。在图8.19所示电路中，R2=R1/Rf。,.,82,电位近似等于零的“点”叫做“虚地点”，简称“虚地”。按此定义，在图8.19所示电路中，运放的两个输入端都是“虚地”，因为u-=u+=i-R2=0。,运放的u-=u+=0，表明该电路中运放两个输入端的共模分量很小。因此，在该电路中所采用的运放，其KCMR不需要很高。,若在上述电路中R1=Rf，则uo=-ui，Auf=-1，此时，称该电路为单位增益反相器，简称反相器。,.,83,综上所述，反相输入组态的运放线性应用电路具有如下共同特点：,（1）输出电压与输入电压的相位相反；,（2）共模输入信号负担小；,（4）从信号源的电动势两端向放大器看去的输入电阻等于信号源的等效内阻。,（3）反相输入端是“虚地”，两输入端之间是“虚短”；,.,84,8.4.2同相比例运算,同相比例运算电路又叫同相放大器，其电路如图8.20所示。R2是直流平衡电阻，其阻值等于R1/Rf。R1与Rf引入串联电压负反馈，使运放工作在线性区。所以，i-=i+=0，u-=u+。,图8.20同相比例运算电路,.,85,因为i-=0，并且u-=u+，所以,公式（8-21）,.,86,凡是同相输入组态的线性应用运放电路，上式一定成立，因为，只要是同相输入组态的运放线性应用电路，一定能利用戴维宁定理变换成图8.20所示的电路形式。今后，对于同相输入组态，并且带有负反馈的运放应用电路，只要求出运放同相输入端的电位u+，将其代入式（8-21），即可求得其输出电压uo，对于图8.20所示电路，因为i+=0，所以,.,87,公式（8-22）,公式（8-23）,.,88,上述电路中，u-=u+=ui，表明该电路的输入电压ui几乎全部以共模的形式施加到运放的两个输入端。因此，用于该电路的运放，必须具有足够高的KCMR和足够大的共模输入电压范围。这是所有同相输入组态的运放线性应用电路共有的缺点。,若在图8.20中去掉R1，同时R2=