运算放大器应用：反相、同相与差分放大电路

"运算放大器在信号运算电路中的应用" 运算放大器，简称运放，是电子工程中不可或缺的元件，广泛应用于各种信号处理电路。它能够实现多种功能，包括放大、滤波、比较、积分等。在本讲座中，主讲人侯碧波将深入讲解理想运放的基本特性和集成运放的应用。 理想运放是一种理论模型，具有以下特点： 1. 开环电压放大倍数无穷大，这意味着它可以提供极高的增益。 2. 差模输入电阻无穷大，确保输入信号不会引起内部电流流动。 3. 输出电阻为零，意味着运放可以看作是一个理想的电压源。 4. 频带无限宽，理论上可以在所有频率下工作。 5. 输入失调电压和电流均为零，确保在没有外部偏置时也能正常工作。 6. 共模抑制比无穷大，表示运放能有效抑制共模信号，只放大差模信号。 7. 干扰和噪声均不存在，这在高精度应用中至关重要。 理想运放可以用数学关系式描述，例如在理想的电压反馈条件下，输出电压与输入电压之间的关系遵循虚短（两个输入端电压相等）和虚地（反相输入端的电压等于输出电压）原则。 运算放大器的基本组态主要包括反相放大、同相放大和差分放大三种。 1. 反相放大组态中，输入信号通过反相输入端，输出信号与输入信号相位相反。通过调整反馈电阻Rf与输入电阻Ri的比例，可以改变闭环电压增益。此配置的输入阻抗较高，输出阻抗较低，常用于电压跟随器或作为有源滤波器的一部分。 2. 同相放大组态下，输入信号加到同相输入端，输出信号与输入信号相位相同。此配置具有很高的输入阻抗，非常适合驱动高阻抗负载。同相放大器也可以用作电压跟随器，但其输出阻抗相对较低。 3. 差分放大组态结合了反相和同相放大，能够同时处理两个输入信号，如差模信号和共模信号。这种配置在抑制共模噪声和提高信号信噪比方面特别有用。 在实际应用中，运放的性能会受到非理想因素的影响，如有限的增益、输入偏置电流、输出饱和等，因此在设计电路时需考虑这些因素以确保电路的稳定性和精度。通过理解和掌握运算放大器的工作原理及其基本组态，工程师可以设计出满足各种需求的信号运算电路。