【含理想运算放大器线性电路分析思路】利用理想运算放大器的虚短和虚断特性,在运放工作于线性区的前提下,按以下步骤分析:
第一步:按照虚短特性,找出各结点对地电位。
第二步:按照虚断特性,列写结点分析方程(输出结点除外)。
1、比例放大电路
【例5-3-2】 求图5-3-1 所示运算放大器的输出电压。
解:根据虚短和虚断的概念,,,图中结点的KCL方程(即为结点分析方程)为
解得
输入电压信号加到运算放大器的同相输入端与地之间,输出电压与同相位,故称该电路为同相放大电路。
在图5-3-1的同相放大电路中,令,则得如图5-3-2所示的电路。由于输出电压就是,利用虚短特性,得到
结果表明,输出电压与输入电压是相同的,该电路称为电压跟随器。虽然电压跟随器不改变输入电压,但是它的
【例5-3-3】 求图5-3-3所示电路中运算放大器的输出电压。
解 同相输入端接地,由虚短特性可知
结合虚断特性,对反相端输入结点列写KCL方程
解得
输出电压与输入电压反号,大小仅取决于与之比,因此该电路就有反相放大的作用,称为反相放大器。
2、加法电路
【例5-3-4】 求图5-3-4所示电路中,运算放大器的输出电压。
解:由虚短可知。结合虚断特性对反相输入端结点列写KCL方程
解得
这是求和(加法)运算的表达式,式中负号是因反相输入引起,若,则结果变为:。 图5-3-4的输出再接一级反相放大电路,则可消去负号,实现加法运算。该求和电路可以扩展到多个输入电压相加。
3、差分放大电路
图5-3-5是用来实现两个电压,相减的求差电路,又称为差分放大电路。从电路结构上看,它是反相输入和同相输入结合的放大电路。
【例5-3-5】 求图5-3-5所示电路中运算放大器的输出电压。
解:利用虚断,对两个输入结点列写KCL方程
且
联立上述三个方程,消去,得
结果表明:输出电压与两输入电压之差成比例,即实现了差分放大功能,故这一电路称为差分放大器。