集成运放：比例、积分与求和电路详解

信号的运算与处理是模拟电子技术中的核心内容，它主要探讨如何利用运算放大器构建各种基本的电路，以实现信号的加、减、乘、除等数学运算。这些电路包括比例运算电路、积分电路和微分电路等，它们在通信、控制和信号处理等领域有着广泛应用。 一、集成运放构成的运算电路 1. 理想条件下的运放：在这个理想化的模型中，运放的输入阻抗(Aod)无穷大，输出阻抗(rid)也为无穷大，这意味着输入电流(iN)和输入电压(uN)都等于零，输出电压(uO)不受这些因素影响。"虚短"和"虚断"的概念被用来描述这种理想状态，即输入端的电压相等(uN = uP)和输入端的电流为零(iN = iP)。 2. 运放线性工作区：实际应用中，运放工作在有电压负反馈的线性区，输出电压uO与输入电压差(uP - uN)成比例，表达式为uO = Aod * (uP - uN)。理想运放的参数特性如失调电压、失调电流、噪声等需尽可能低，以确保电路的精度。 3. 运算电路设计： - 运算电路的目标是实现各种数学运算，输出电压uO通过函数f(uI)表示，其中uI是输入电压。 - 分析这类电路的关键在于理解"虚短"和"虚断"法则，用于电路的识别和输出关系式求解。 - 学习运算电路时，需要掌握识别电路结构、推导输出电压表达式的方法，并考虑电路的噪声和共模抑制比对精度的影响。 二、具体电路示例 1. 比例运算电路 - 反相比例电路通常采用T形反馈网络，输入电阻由R1和Rf并联决定，R' = R1 || Rf。为降低噪声，可以通过增加相对较小的电阻来获得较大的比例系数，如R1和Rf间的比例。 - 同相比例电路则引入电压跟随器，输入电阻大，没有比例放大作用，但保持输入信号的完整性。 2. 加减运算电路 - 反相和同相求和电路分别利用节点电流法和叠加原理求解。在反相求和中，先求解单个输入信号的输出电压，再相加；同相求和电路中，R1等效电阻组合后与Rf并联，求解时需注意是否需要添加负号，取决于电路的连接方式。 3. 噪声与精度： - 共模抑制比(KCMR)反映了电路对共模输入信号的抑制能力，非无限的KCMR可能影响运算精度，尤其是在处理共模信号时。 信号的运算与处理是模拟电子技术中的关键环节，通过熟练掌握运算放大器的工作原理和各类运算电路的设计方法，可以有效地进行信号的精确处理和变换，满足现代电子设备对信号处理的高要求。