模拟电路设计中的运算放大器

加法放大器是把多个输入电压进行相加并放大。在同相输入与输出电压之间存在一个180°的相位差，如图9-81所示。加法放大器在调节技术中被采用。

图9-81 加法放大器

对于加法放大器有：

I_e1+I_e2+I_k=0

所以I_e1+I_e2=-Ik

用和代入上式得：

所以

式中 R_e1、R_e2——反相输入的电阻；

R_k——反馈电阻；

U_a——输出电压；

U_e1、U_e2——输入电压。

阻抗变换器（电压随动器）。如图9-82所示，阻抗变换器的输出电压U_a与输入电压U_e一样大。阻抗变换器的输入电阻很大，而输出电阻很小（R_k=0，R_Q=∞）。因此阻抗变换器是用在须进行信号处理、无大欧姆信号负载的地方。阻抗变换器把信号源大的内电阻变换成一个非常小的电阻。

减法放大器（差频放大器）。如图9-83所示的作为差频放大器的运算放大器对于测量技术有很重要的意义，这种放大器在电子温度测量时用于放大桥式电路的电压差。目前，对减法放大器的选择原则是R₁=R_e和R₂=R_k。

图9-82 阻抗变换器

用近似值I₁=0和U_1D≈0有：

1）对U_e1=0：

2）对于U_e2=0：

叠加：用R₁=R_e和R₂=R_k

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图9-83 差频放大器

积分电路。如图9-84b所示，在积分电路中有一支包含电容器C_k的负反馈分路。如图9-84a所示，在积分器输入施加有恒定的电压，由于I₁和U_1D接近零，所以电容器以恒定电流I_e充电。通过恒定电流电容器C_k的u_c呈线性增加而输出电压U_a则线性下降。当U_e为负时，输入电流I_e的方向发生变化：C_k再充电，则u_c呈线性增加，如图9-84c所示。

当输入为正弦电压时，C_k获得正弦充电电流，由此，u_a为有90°初相角的正弦电压，如图9-84c所示，积分电路用于发生锯齿形电压和D-A转换。

图9-84 用作积分电路的运算放大器

微分电路。图9-85b所示的微分电路在输入端有电容器C_e。当输入电压U_e发生变化时，则只有电流流经电容器C_e。当输入电压变化很大时，则电压U_a形成一个较大的值。由于运算放大器为反相，因此在微分电路的输入端有图9-85a所示的正的矩形脉冲的脉冲前后沿，在输出端每当电压交变时有图9-85c所示的陡的针状脉冲，此针状脉冲可用于晶闸管起动。一个图9-85a所示的正弦输入电压U_e，则产生一个图9-85c所示的初相角为90°的正弦输出电压U_a。连续地提高U_e，则在输出端产生一个恒定的电压U_a。

比较器。作为比较器的运算放大器是一种电压比较器。如图9-86a所示，电压比较器把一个未知的电压U_x与一个固定的电压U_ref（参考电压）进行比较。在反相输入的U_x大于U_ref时，如图9-86b所示，在输出端形成近似的工作电压并可逆转。

图9-85 作为微分电路的运算放大器

图9-86 作为比较器的运算放大器

恒定电压发生器与恒定电流发生器。在图9-87所示的电路中，当以R_L为负载时，电压U_a下降，则差值输入电压U_D升高，U_1D经过运算放大器被放大，则U_a继续提高，通过此调节过程使U_a得以稳定。图9-88所示的恒定电流发生器提供了一个可由电阻R₂进行调整的恒定负载电流，晶体管在饱和时不工作，集电极电流I_C在很大程度上与负载电阻R_L无关，只要R₂不发生变化F_C便保持不变。

图9-87 恒定电压发生器

图9-88 恒定电流发生器

复习题

1.一个理想的运算放大器的放大作用是什么？其输入与输出内电阻为多大？

2.运算放大器符号中的△和∞标志有何意义？

3.如何理解运算放大器的零电压补偿？

4.作为反相放大器的运算放大电阻器R_k的放大率对其放大有何影响？