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比例运算电路如何减少运算误差

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比例运算电路如何减少运算误差

    1. 反相比例运算电路

    图4 − 3 − 2是反相比例运算电路。输入电压ui通过R1接入运放的反相输入端,R1的作用与信号源内阻类似。输出电压uo通过反馈电阻Rf回送到运放的反相输入端,可以判断出电路中引入的是电压并联负反馈。同相输入端通过电阻Rb接地,Rb为补偿电阻,也称平衡电阻,主要用来保证集成运放输入级差分放大电路的对称性,Rb=R1//Rf

    图4− 3− 1 集成运放的符号

    图4− 3− 2 反相比例运算电路

    根据理想运放工作在线性区的“虚断”的特点,即i+=i=0,可知电阻Rb上没有压降,则u+=0。又由“虚短”特点u+=u,可得

    u+=u= 0

    上式说明集成运放两个输入端的电位均为零,如同这两点接地一样,故称为“虚地”。“虚地”是反相比例运算电路的重要特征,它表明了运放两输入端没有共模信号电压,因此对集成运放的共模参数要求较低。

    根据i+=i=0,由图4 − 3 − 2可见

    因为u+=u=0,所以输出电压与输入电压的关系为:

    式(4 − 3 − 3)表明电路的输出电压与输入电压成正比,负号表示输出信号与输入信号反相,故称为反相比例运算电路。

    由式(4 − 3 − 3)可得电路的电压放大倍数为:

    可见反相比例运算电路的电压放大倍数仅由外接电阻Rf与R1之比来决定,与集成运放参数无关。由于反相输入端“虚地”,根据输入电阻的定义,可得:

    R if=R1

    由上面分析可知,虽然理想运放的输入电阻为无穷大,但由于电路引入的是并联负反馈,因此反相比例运算电路的输入电阻不大。因为电路引入的是深度电压负反馈,并且1AF+ =∞,所以输出电阻

    Ro=0

    2. 同相比例运算电路

    图4 − 3 − 3是同相比例运算电路。输入信号通过Rb接入运放的同相输入端,电路引入的是电压串联负反馈。

    根据“虚短”和“虚断”的概念,可得:

    上式表明集成运放有共模输入电压ui,这是同相比例运算电路的主要特征。它要求在组成同相比例运算电路时,应选用共模抑制比高、最大共模输入电压大的集成运放。

    平衡电阻Rb=R1//Rf。由于是电压串联负反馈,可认为输入电阻为无穷大,输出电阻为零。

    对于同相比例运算电路,当Rf=0,R1=∞时,电路变为如图4 − 3 − 4所示的电路,此时Af=1,即输出电压与输入电压大小相等、相位相同,这种电路称为电压跟随器。它具有很大的输入电阻和极小的输出电压,类似于共集电极放大器,当然,它的性能远比共集电极放大器好。

    图4− 3− 3 同相比例运算电路

    图4− 3− 4 电压跟随器

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