2集成运算放大器
第二章_集成运算放大器
集成运算放大器
由图2-7可得:
i1
ui
u R1
ui R1
if
u uo RF
uo RF
由此得出:uo
RF R1
ui
该电路的闭环电压放大倍
数为:
Auf
uo ui
RF R1
图2-7 反相比例运算电路
集成运算放大器
电阻。如采用恒流源代替Rc,一般的中间放大级的电压增益
可达到60dB以上。
第三部分为输出级。其主要任务是输出足够大的电流, 能提高带负载能力。所以该级应具有很低的输出电阻和很高 的输入电阻,一般采用射极输出器的方式。
集成运算放大器
2.2 外形与符号 集成运放的外形有圆形、扁平形和双列直插式三种,如
开环是指运放未加反馈回路时的状态,开环状态下的差
模电压增益叫开环差模电压增益Aud。Aud=uod/uid。用分贝表 示 则 是 2 0 lg|Aud|(dB)。 高 增 益 的 运 算 放 大 器 的 Aud 可 达 140dB以上,即一千万倍以上。理想运放的Aud为无穷大。
集成运算放大器
4. 差模输入电阻rid
数为1,这时就成了电压跟随器,如图2-9所示。其输入电阻 为无穷大,对信号源几乎无任何影响。输出电阻为零,为一 理想恒压源,所以带负载能力特别强。它比射极输出器的跟 随效果好得多,可以作为各种电路的输入级、中间级和缓冲 级等。
该电路的反馈类型为串联电压负反馈。
集成运算放大器
同相输入比例运算放大电路主要工作特点:
uo Au 0
0
集成运算放大器
即
u u
由于集成开环放大倍数为无穷大,与其放大时的输出电
电工技术 第二章 集成运算放大器及其应用
IC
β
U O = U C1 − U C2 = 0
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二. 差动放大电路工作原理 1. 差模信号
+VCC
ui1=-ui2 =ui/2 若ui1 ↑,ui2 ↓ → ib1 ↑,ib2 ↓ →ie1 ↑,ie2 ↓
+
R Rc c
T1 u i1 + ui1
u ++uo ouo1 -uo1 - E IRe
33 MHz
第一节 直接耦合
直接耦合:将前级的输出端直接接后级的输入端。 直接耦合:将前级的输出端直接接后级的输入端。 可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。 可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。 +UCC R1 R2 + ui – T1 RC1 RC2 + T2 RE2 uo –
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Rb1=Rb2= Rb
几个基本概念
差动放大电路一般有两个输入端: 1. 差动放大电路一般有两个输入端: 双端输入——从两输入端同时加信号。 从两输入端同时加信号。 双端输入 从两输入端同时加信号 单端输入——仅从一个输入端对地加信号。 仅从一个输入端对地加信号。 单端输入 仅从一个输入端对地加信号 2. 差动放大电路可 以有两个输出端。 以有两个输出端。 双端输出——从C1 从 双端输出 输出。 和C2输出。 单端输出——从C1或 从 单端输出 C2 对地输出。 对地输出。
I Re − 0.7V − ( −VEE ) = Re
T1 + ui1 -
+ uo
-
uo2 -
+
T2 + ui2 -
EE 1 I C1 =I C2 = I C ≅ I Re 2 U CE1 = U CE2 = U C − U E = VCC − I C R C − ( − 0.7)
集成运算放大电路的作用
集成运算放大电路的作用集成运算放大电路是一种广泛应用于各种电子设备中的电路,它的作用是放大输入信号并输出到负载。
本文将详细探讨集成运算放大电路的作用及其在不同领域中的应用。
一、集成运算放大电路的基本原理集成运算放大电路是一种由多个晶体管和电容组成的电路,其基本原理是将输入信号放大并输出到负载。
其中,集成运算放大器的输入端和输出端分别为正极和负极,而其内部的晶体管和电容则起到放大信号的作用。
二、集成运算放大电路的主要作用1. 放大信号集成运算放大电路的主要作用是放大输入信号并输出到负载。
通过将输入信号放大,可以使信号更加清晰、稳定,从而提高系统的工作效率和精度。
2. 滤波在某些应用中,需要对输入信号进行滤波以去除噪音或干扰。
集成运算放大电路可以通过内部的电容和电阻来实现滤波功能,从而提高信号的质量和可靠性。
3. 支持反馈电路集成运算放大电路可以支持反馈电路,通过调整反馈电路的参数,可以实现对输出信号的控制和调节,从而满足不同应用的需求。
4. 实现信号转换在某些应用中,需要将一种类型的信号转换成另一种类型的信号,例如将模拟信号转换为数字信号。
集成运算放大电路可以通过内部的电路实现信号转换,从而满足不同应用的需求。
5. 支持多种应用集成运算放大电路可以应用于多种不同的领域,例如音频放大器、振荡器、滤波器、电源管理等。
其多功能性和灵活性使得它成为广泛应用于各种电子设备中的电路之一。
三、集成运算放大电路的应用1. 音频放大器集成运算放大电路在音频放大器中得到了广泛应用。
通过将输入音频信号放大并输出到扬声器,可以实现音频信号的放大和扩音,从而提高音乐的质量和声音的清晰度。
2. 振荡器集成运算放大电路可以应用于振荡器中,通过控制内部的电容和电阻来实现频率的调节和控制,从而实现不同频率的振荡。
3. 滤波器集成运算放大电路可以应用于滤波器中,通过内部的电容和电阻来实现低通、高通、带通等不同类型的滤波器,从而实现对输入信号的滤波。
第二章集成运算放大器、电压比较器、乘法器
输出与两个输入信号的差值成正比。
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分析方法2:利用叠加原理
减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相
比例运算电路的叠加。
RF
uo
RF R1
ui1
uo
(1
RF R1
)u
+ ui1
–
+ ui2 –
R1 R2
u+
– +
R3
+
+ uo –
(1RF) R3 R1 R2R3
uo –
RF
同相加法运算电路的特点:
1. 输入电阻高;
2. 共模电压高;
ui1
3.
当改变某一路输入电阻时, 对其它路有影响;
ui2
R1 Ri1
– +
+
+ uo –
u o (1R R F 1)R (i1 R i2 R i2u i1R i1 R i1 R i2 Ru i2i2)
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Auf
uo ui
1RF R1
ri
ui ii
ro 0
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结论:
① Auf 为正值,即 uo与 ui 极性相同。因为 ui 加 在同相输入端。
② Auf只与外部电阻 R1、RF 有关,与运放本 身参数无关。
③ Auf ≥ 1 ,不能小于 1 。 ④ u– = u+ ≠ 0 ,反相输入端不存在“虚地”现象。 ⑤ 电压串联负反馈,输入电阻高、输出电阻低,
第二章集成运算放大器、电压 比较器、乘法器
电子技术基础第2章 集成运算放大器与应用
电子技术及应用
2.2 集成运算放大器
4.共模抑制比
K CMR
Aud Auc
K CMR
20 lg
Aud Auc
(dB)
电子技术及应用
2.2 集成运算放大器
2.2.3 集成运算放大器的主要参数
1.开环差模电压增益Aod
2.单位增益带宽fT 3.开环带宽fH 4.转换速率SR 5.最大输出电压Uo,max
2.3 反相与同相输入集成运算放大器
在集成运算放大器中,输入级采用差分放大电路,所以运算放大器的 差模输入电阻rid很大,在工程计算中我们可以认为rid→∞。。因此可以 认为运算放大器的同相输入端和反相输入端均无电流输入,
即: iIN=iIP=0
(以后iIN和iIP都用iI表示,iI=0),相当于开路。即iP=iN=0。
电子技术及应用
2.3 反相与同相输入集成运算放大器
2.3.1 反馈的基本概念
把放大电路的输出信号(电压或电流)的一部分或全部,通过一定的 电路(网络)送回到它的输入端,削弱原来的输入信号(电压或电流) 并共同控制该放大电路,这种连接方式称为负反馈。
输入信号 +
净输入信号=输入信号-反馈信号
比较
净输入信号 基本放大电路
电子技术及应用
2.3 反相与同相输入集成运算放大器
2.3.2 反相输入放大器
if
Rf
R1 ii
ii' N
ui
ui'
PA
uo
RP
RL
由于输入信号加在反相输入端,输 出电压和输入电压的相位相反,因此 将它称为反相放大器。
电路由基本放大器A和反馈网络Rf组成。RL为负载电阻。uo为输出信号。 电路输入信号ui经电阻R1加在反相输入端上。电阻R1的作用是将输入电
模电第02章 运算放大器(康华光)
vp
vn
- ri ro + 传输特性(vo~vi关系) 例如反相比例器:
vo
+Vom
传输特性
vo
Rf R1
vi
-vim
-Vom
vim
vi
vo 变化范围:
- Vom
~ + Vom
线性工作区
当vo = Vom时: vim = - +Vom R1/Rf 可见:加入负反馈(闭环使用时)使线性工作区变宽。
vn
in
ro
ri +
vp ip +
vo
- A(vp-vn)
可见: 当vp-vn> 0 时, vo=+Vom 运放工作在正向饱和区 当vp-vn<0时, vo=-Vom 运放工作在反向饱和区
∵实际运算放大器≈理想运算放大器 ∴分析实际运算放大器≈分析理想运算放大器
(5-11)
五.含理想运算放大器电路的分析依据
RL
+ vo -
2.指标计算 虚地 (1)电压增益 “虚短”: vn≈vp =0 “虚断”: ip=in≈0 ∴i1 = i2+in≈ i2
1.结构特点 负反馈引到反相输入端, 信号从反相端输入。
v i v n v n vo R1 R2 v i vo R1 R2
vo R2 Av vi R1
当(vp- vn)<0时, vo=-Vom ——负饱和值
饱和值Vom的绝对值略低于正负电源的绝对值。
(5-13)
§2.3 §2.4 线性运放电路
运放外部接若干元件(R、C 等),即可组成多种线 性运放电路。线性运放电路工作在闭环状态。
电工学II——集成运放电路(10章)
结论:
(1) Auf为负值,即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加在反相输入 端。
(2) Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关, 与运算放大器本身参数 无关。 (3) | Auf | 可大于 1,也可等于 1 或小于 1 。
(4) 因u–= u+= 0 , 所以反相输入端“虚地”。 (5) 输入电阻 ri = R1;输出电阻ro=0.
例:电路如下图所示,已知 R1= 10 k ,RF = 50 k 。
求:1. Auf 、R2 ;
2. 若 R1不变,要求Auf为 – 10,则RF 、 R2 应为 多少?
RF
+ ui – R1 R2 – +
D
解:1. Auf = – RF R1
+
+ uo –
= –50 10 = –5 R2 = R1 RF
uo=(VC1+DVC1)-(VC2+DVC2)=0 注意:单端输出,无法抑制零点漂移
动态分析 1.共模信号 u11=u12 大小相等、极性相同 输出电压恒为零(不具备放 大能力)
u11 + 差分放大原理电路 R2
+UCC
R1 RC + T1 RC uo T2 R1 + R2 u 12 -
2.差模信号
输出端与运放电路 反相输入端的关系
平衡电阻 R2 = R1 // RF
输入电压加在了同相输入端,输出 电压对地为正
输出电压作用到该连接地的电路上, 在R1右端产生电压u-, 构成电压串联负反馈
uo RF Auf =1+ ui R1
uo RF 同相比例运算放大系数 Auf =1+ ui R1
集成运算放大器
A/D转换方法
– 计数法 速度慢 – 双积分式A/D转换器 精度高、干扰小 速度慢 – 逐次逼近式A/D转换器 原理同计数式相似,只是从最高位开始,通过试探值来计数。
例1:ADC0804 (8位,100us,转换精度 ±1LSB,内带可控三态门)。
例2:ADC570 (输入电压:0~10V 或 -5V~+5V)
例3. 8位以上A/D转换器和系统连接。 ADC1210:12位,100us,启动端SC,结束转换CC。
例4. ADC0809: 逐次逼近式8通道8位ADC。
同时有模拟电路和数字电路的系统中地 线的连接
模拟电路 ADC DAC 数字电路
模拟电路 AGND
数字电路 DGND
模拟地
公共接地点
if RF
R1 R2
R3 RP
- +
u0
ui 1 ui 2 ui 3 uo R1 R2 R3 Rf 可得: uo R f ( ui 1 ui 2 ui 3 ) R1 R2 R3 若R1=R2=R3=R,则 u R f ( u u u ) o i1 i2 i3 R
集成运算放大器
1.集成运算放大器概述
集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出 电阻的多级直接耦合放大电路,一般由四部分组成:
输入级:一般是差动放大 器,利用其对称特性可以 提高整个电路的共模抑制 比和电路性能,输入级有 反相输入端“-”、同相 输入端“+”两个输入端; 中间级:的主要作用是
3、差动比例运算电路
R1=R2,R’=RF Uo=-RF/R1(Ui1-Ui2)
差动比例运算电路 又称减法运算电路
集成运算放大器的组成以及各组成部分的特点
集成运算放大器的组成以及各组成部分的特点集成运算放大器(Integrated Operational Amplifier,简称Op Amp)是一种常用的集成电路芯片,是现代电子电路中不可或缺的基础组件之一、它主要由差分放大器、电压放大器、恒流源、输出级等几个主要组成部分构成,并具有高放大倍数、高输入阻抗、低输出阻抗、宽频带等特点。
在电子电路设计和实际应用中,集成运算放大器应用广泛,被广泛应用于放大、滤波、积分、微分、比较和运算等许多各种电路。
一、差分放大器:差分放大器是集成运算放大器的核心部分,它由两个共射放大器组成的,具有以输入信号差模态进行放大的功能。
差分放大器的特点主要有以下几点:1.高增益:差分放大器的增益是非常高的,通常可以达到几万倍以上,可以在输入信号很弱的情况下放大到足够的幅度。
2.共模抑制比较高:差分放大器可以抑制输入信号的共模干扰,使得只有差模信号被放大,提高了系统的稳定性和抗干扰能力。
3.输入阻抗较高:差分放大器的输入阻抗一般在几十到几百兆欧之间,可以将输入信号的阻抗影响降到最低,不会对源产生较大的负载。
4.低失调电压:差分放大器的失调电压很小,通常只有几微伏,可以保证输出信号的准确性和稳定性。
二、电压放大器:电压放大器是集成运算放大器的主要功能之一,它可以将小信号放大到较大的幅度。
电压放大器具有以下几个特点:1.高增益:电压放大器的增益通常在几千倍到几万倍之间,可以放大输入信号的幅度,以适应后续电路的要求。
2.输入阻抗高:电压放大器的输入阻抗较高,通常在几百兆欧或以上,可以减少对源电路的负载,避免信号失真。
3.输出阻抗低:电压放大器的输出阻抗很低,通常在几十欧姆以内,可以提供较大的输出电流,提高系统的稳定性和抗干扰能力。
4.宽频带:电压放大器的带宽很宽,可以在较高的频率范围内放大信号,使得系统的传输速度更快。
三、恒流源:恒流源是集成运算放大器的重要组成部分,它主要用于提供恒定的电流源,供电放大器工作。
集成运算放大电路
功耗
描述放大电路在工作过程 中消耗的能量,包括静态
电流、动态功耗等。
参数与性能指标的测试方法
01
02
03
输入阻抗测试
通过测量输入电压和电流 的比值来计算输入阻抗。
输出阻抗测试
通过测量输出电压和电流 的比值来计算输出阻抗。
开环增益测试
通过测量放大电路在不同 频率下的电压增益来计算 开环增益。
参数与性能指标的测试方法
描述放大电路对电源的需求和 功耗特性,包括电源电压、静 态电流等。
主要性能指标
线性度
描述放大电路输出信号与输 入信号之间的线性关系,包 括失真度、线性范围等。
精度
描述放大电路输出信号的 精度和稳定性,包括失调
电压、失调电流等。
带宽
描述放大电路在不同频率下 的响应速度和带宽范围,包 括通频带、增益带宽积等。
集成运算放大电路
目录
• 集成运算放大电路概述 • 集成运算放大电路的应用 • 集成运算放大电路的参数与性能指标 • 集成运算放大电路的设计与实现 • 集成运算放大电路的发展趋势与展望
集成运算放大电路概
01
述
定义与特点
定义
集成运算放大电路是一种将差分 输入的电压信号转换成单端输出 的电压信号,并实现电压放大的 集成电路。
特点
具有高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻、低失真度、低噪声 等优点,广泛应用于信号放大、 运算、滤波等领域。
工作原理
差分输入
集成运算放大器采用差分输入方式, 将两个输入端之间的电压差作为输入 信号。
放大与输出
反馈机制
集成运算放大器采用负反馈机制,通 过反馈网络将输出信号的一部分反馈 到输入端,以改善电路的性能。
模电实验2集成运算放大器仿真
附录
1、电压跟随器
2、上图为Vi=3V、RL=2KΩ时仿真所得数据V0=3V;改变RL,V0不变;改变Vi, 始终有V0=Vi。
3、反相放大电路
4、上图为反相放大电路, 其中输入电压Vi=0.1V, 输出电压V0=-1V。
改变Vi, 当Vi分别为
0.2V,0.3V,0.4V,0.5V时, V0分别为-2V,-3V,-4V,-5V.由此可得AV=V0/Vi=-10.
5、同向输入放大电路
6、上图为同相放大电路, 其中输入电压Vi=0.1V, 输出电压V0=1.1V。
改变Vi, 当Vi分别为
0.2V,0.3V,0.4V,0.5V时, V0分别为2.2V,3.3V,4.4 V,5.5V.由此可得AV=V0/Vi=11.
7、电压比较器
电路图:
(1)当输入电压Vi=50mv(峰值)f=1000Hz的正弦电压时, 输出波形如下:
(2)将Vi降至1Hz, 在输出端以两只反向并接的发光二极管代替负载RL, 输出波形如下图:
8、运放组合
上图为仪用放大器, 由图可知, V1=0.1V,V2=0.2V时, V0=1V;类似的, 改变V1,V2;使V1=0.3,V2=0.2,仿真结果V0=-1V.。
集成运算放大器的两种工作状态
集成运算放大器的两种工作状态集成运算放大器是一种广泛应用于电子领域的基本电路,它能够将微小的电信号放大,用于信号处理、微处理器输出、控制和测量等各种应用。
但是,集成运算放大器的工作状态分为两种,理解和掌握这两种状态是非常重要的。
下面我们来详细了解一下。
第一种状态是差分输入状态。
在这种状态下,集成运算放大器的两个输入端口的电压称为差分电压。
在差分输入状态下,集成运算放大器会从差分电压中放大出一个电压值,并输出到单端输出端口。
这种状态应用于直流信号的放大和自动增益控制等应用场合。
第二种状态是单端输入状态。
在这种状态下,集成运算放大器的输入端口只有一个输入端,而输出端口则是单端输出。
这种状态应用于直流信号的放大和滤波等应用场合。
要掌握并使用集成运算放大器,必须了解这两种状态的特点和应用范围。
在使用时,需要根据具体使用场合来决定选择哪种状态。
此外,还要注意使用集成运算放大器时的输入电压、通道抵抗和输出功率等参数,以确保放大器的稳定性和准确性。
综上所述,对于集成运算放大器的两种工作状态,我们应该有清晰的认识,以便更好地选取合适的状态来满足实际需求,从而将其应用到实际电路中,发挥出更好的功效。
chap2 集成电路运算放大器
13
2.3 基本线性运放电路
• • • • • • 2.3.1同相放大电路 1.基本电路 电路介绍 同相端输入 反向端反馈 反馈类型
– 电压 – 串联 – 负反馈
14
2.3.1同相放大电路
• 2.负反馈概念 • vi↑→ vid↑→ vo↑→vf(vn) ↑ → vid↓ • → vo ↓
15
2.3.1同相放大电路
38
Chap2 习题
• 图中的A1、A2、A3均为理想运算放大器,试计算UO1、 UO2和UO3的值
39
Chap2 习题
• 试用集成运算放大器组成一个能实现下述运算功能的 电路: – vO=10vi1-20vi2+0.2vi3 –反馈电阻限定为100 kΩ,请画出具体的电路图,并 标明元件的数值。
Rf vO = (1 + )v I R1
输出与输入同相
vI
电压串联负反馈
vN
-
vP +
A
vO
vO = v I
电压跟随器
46
2. 加法电路
根据 根据 虚 短 、 虚 断 和 N 点 的KCL得: 得
负号表示v 在相位上是相反的。 负号表示 O与vS在相位上是相反的。
31
(积分运算) 积分运算)
1. 积分电路
为阶跃电压时, 当 vi 为阶跃电压时 , 电容将以恒 流的方式进行充电,输出电压v 流的方式进行充电, 输出电压 o 与 时间t成近似线性关系 时间 成近似线性关系: 成近似线性关系
1 V V vO = − vi dt = − i t = − i t RC ∫ RC τ
29
第一级为同相放大电路,电路输入电阻为无穷大
2.4.2 仪表放大电路
集成运算放大器教案
集成运算放大器教案第一章:集成运算放大器的概述1.1 教学目标1. 了解集成运算放大器的基本概念;2. 掌握集成运算放大器的主要参数;3. 理解集成运算放大器的作用和应用。
1.2 教学内容1. 集成运算放大器的定义;2. 集成运算放大器的主要参数;3. 集成运算放大器的作用和应用。
1.3 教学方法1. 讲授法:讲解集成运算放大器的概念、参数和作用;2. 案例分析法:分析集成运算放大器在实际电路中的应用。
1.4 教学步骤1. 引入:讲解集成运算放大器的定义;2. 讲解:介绍集成运算放大器的主要参数;3. 应用:分析集成运算放大器的作用和应用;4. 总结:强调集成运算放大器在电路设计中的重要性。
第二章:集成运算放大器的电路符号与性质2.1 教学目标1. 掌握集成运算放大器的电路符号;2. 理解集成运算放大器的主要性质;3. 学会分析集成运算放大器的基本电路。
2.2 教学内容1. 集成运算放大器的电路符号;2. 集成运算放大器的主要性质;3. 集成运算放大器的基本电路分析。
2.3 教学方法1. 讲授法:讲解集成运算放大器的电路符号和性质;2. 示例分析法:分析集成运算放大器的基本电路。
2.4 教学步骤1. 引入:讲解集成运算放大器的电路符号;2. 讲解:介绍集成运算放大器的主要性质;3. 分析:分析集成运算放大器的基本电路;4. 总结:强调集成运算放大器性质在电路分析中的应用。
第三章:集成运算放大器的应用之一——放大器电路3.1 教学目标1. 掌握放大器电路的基本原理;2. 学会设计放大器电路;3. 了解放大器电路的应用。
3.2 教学内容1. 放大器电路的基本原理;2. 放大器电路的设计方法;3. 放大器电路的应用。
1. 讲授法:讲解放大器电路的基本原理;2. 设计实践法:指导学生设计放大器电路;3. 案例分析法:分析放大器电路的应用。
3.4 教学步骤1. 引入:讲解放大器电路的基本原理;2. 设计:指导学生设计放大器电路;3. 应用:分析放大器电路在实际电路中的应用;4. 总结:强调放大器电路在电路设计中的重要性。
集成运算放大器的三种输入组态
பைடு நூலகம்观题
10分
图示电路中运放为理想器件,试求输出电压 UO的值,并估算平衡电阻RP的阻值。
RF 5kΩ R1 2kΩ 2V R2 2kΩ R3 1kΩ RP ¥
+ UO -
作答
2.2.3 差分输入组态
当两个信号分别从两个输入端输入时, 构成差分输入组态,如图2.2.9所示。
主菜单
开
始 回
图2.2.7 为电压传输特性。
2.2.2 同相输入组态 当比例系数(1+R F/R 1)中,R F=0 或R 1=∞时,即R F /R 1=0时, u o=u i; 电路称为电压跟随器。如图2.2.5所示。
2.2.2 同相输入组态
同相输入与反相输入组态相比较电路 特点有:
①同相输入比反相输入组态输入电阻 大;对放大有利。
' R R '' F uo (1 F ) ui 2 ' R1 R2 RF
u i1与u i2共同作用:
主菜单
开 始 回
uo u u
' o
退 前 进 最 后 返
'' o
回 作 ?业
退
出
2.2.3 差分输入组态
为了保证集成运算放大器两个输入端对 地的电阻平衡,同时为了避免降低共模抑 制比,在图2.2.9电路中通常要求:
R4 2R2 uo (1 ) (us1 us 2 ) R3 R1
R1 R2
代入上式得:
RF R
' F
RF uo (ui 2 ui1 ) R1
2.2.3 差分输入组态
图2.2.10是一个性能比较优越的差分放大 电路,常用于仪表放大器。