如同三極管放大電路有三種基本組態(tài)一樣,各種復(fù)雜的運放應(yīng)用電路也可劃分為幾種最基本的組態(tài)(或稱連接方式),掌握了這幾種組態(tài)的分析方法及其主要特性,就可分析更為復(fù)雜的電路。
一、反相輸入組態(tài)
電路連接方式如圖Z0609所示。輸入信號通過R1加到運放的反相輸入端,輸出信號通過負反饋電阻Rf也加到反相輸入端,從而在反相輸入端實現(xiàn)電流相加(I1 = Ii + If ),即引入電壓并聯(lián)負反饋,這種類型的應(yīng)用電路稱為反相輸入組態(tài)。圖中Rp為輸入平衡電阻,Rp 應(yīng)選為R1∥Rf 。
根據(jù)工作在線性區(qū)運放的基本特性可得:U+ = U- = 0,I1 = If
而
故有:
電壓放大倍數(shù):
由GS0606式可知,這種組態(tài)電路的輸出電壓與輸入電壓反相且成比例(有時稱為反相比例器),其基本功能是實現(xiàn)比例運算。當Rf = R1時,UO = - UI 實現(xiàn)了反相功能(稱為反相器或反號器)。
二、同相輸入組態(tài)
電路如圖Z0610所示,輸入信號加到同相輸入端,反饋信號通過Rf 、 R加到反相輸入端(引入負反饋),從而在輸入端實現(xiàn)電壓相加(U+ = Uid + U-),即引人電壓串聯(lián)負反饋,這類電路稱為同相輸入組態(tài)。
根據(jù)U+ = U-及Ii=0,對圖示電路可得:
從而可得:
電壓放大倍數(shù)為:
由GS0608 式可知,輸出電壓與輸入電壓同相且成比例,實現(xiàn)了同相比例運算。
當Rf = 0,R = ∞時,Auf =1,這種電路稱為電壓跟隨器,它具有電壓放大倍數(shù)等于1,輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點,廣泛用作隔離或緩沖電路。
三、差動輸入組態(tài)
基本差動輸入組態(tài)電路如圖Z0611所示。相位相關(guān)的兩個信號Ui1、Ui2分別通過R1、R2加到反相端和同相端。輸出信號通過與R3匹配的電阻Rf反饋到反相輸入端,從而構(gòu)成閉環(huán)負反饋電路。這種組態(tài)對差模特性,雖然可以等效為同相組態(tài)與反相組態(tài)的迭加,但它的共模特性具有反相組態(tài)與同相組態(tài)不可包含的特殊性。因此,把它看作是運放應(yīng)用的基本組態(tài)之一。它可以由一塊運放組成,也可由兩塊以上的運放組成。為了保證輸入端平衡工作和提高共模抑制比,選取電路參數(shù)R1= R2 ,R3=Rf 。
根據(jù)Ii=0,利用疊加原理可得:
再由U+ = U-,根據(jù)上兩式可得:
整理可得:
可見輸出電壓與輸入電壓之差成比例,實現(xiàn)了差動比例運算。
四、開環(huán)比較組態(tài)
運放應(yīng)用,除上述工作在線性區(qū)的3種組態(tài)外,還有一個非線性應(yīng)用的基本組態(tài)。這種組態(tài)的電路如圖Z0612 所示。通常一個輸入端接基準電壓,另一個輸入端的輸入信號與基準電壓相比較,根據(jù)比較結(jié)
果,輸出電壓產(chǎn)生躍變。DZ1、DZ2是穩(wěn)壓管,它們的作用是限制輸出電壓的幅度,從而使
Ui > ER時,UO = - UZ
Ui ≤ ER時,UO = UZ
式中UZ 為穩(wěn)壓管的工作電壓。