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目录

2.2.1 反相放大器

1.基本反相放大器

2.反相比例放大器 

3.反相放大器的性能扩展 

1）高输入电阻反相放大器

2）反相高压放大器

4.反相放大器的误差分析 

1）反相放大器的静态误差

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2.2.1 反相放大器

1.基本反相放大器

基本反相放大器电路如图2.2.1所示，这里将输入回路和输出回路看成网络。网络的组成决定了电路的功能。

 图2.2.1 基本反相放大器

① Zf、ZF、Zp均为阻抗，则电路为反相比例运算放大器。

② Zf为电阻，ZF为电容，则电路为积分器。

③ Zf为电容，ZF为电阻，则电路为微分器。

④ 若用复杂组容网络代替输入回路元件或输出回路元件，则电路为有源滤波器和有源校正电路。

反相放大器的共同特点如下。

① 各类反相放大器的闭环增益AF和输入阻抗Zid的数学表达式具有相同的形式。在理想状态下闭环增益和输入阻抗为

② 输入回路电流If将全部流经反馈回路，故有 

③ 反相端和同相端电压相等，且总等于零 

这就是反相放大器所特有的“虚地”现象。

2.反相比例放大器 

基本反相放大器中输入回路元件Zf和反馈回路元件ZF均为纯电阻时，即成为反相比例放大器，其电路原理图及理想等效电路图如图2.2.2所示。

 图2.2.2 反相比例放大器

此即反相比例放大器的理想闭环增益。而输入电阻为 

以上分析是从理想角度的定性分析，在工程设计上这种近似是十分实用的，可以快速设计出电路。但需进行误差分析时，应考虑各种非理想因素，这时要应用运算放大器的实际等效模型分析电路。

3.反相放大器的性能扩展 

1）高输入电阻反相放大器

反相放大器的输入电阻在理想的状态下等于输入回路的电阻，由于受到电阻制造工艺的制约，大于20MΩ的电阻难以制造，且高阻值电阻会导致电路性能的严重恶化。因此，一味通过提高输入回路的电阻阻值来达到提高电路输入电阻的目的是不可行的。

工程上通常采用电流自举技术提高反相放大器的输入电阻。基本思想：在设计电路时，设法使反相放大器输入回路的电流由电路自身提供，则电路向信号源索取的电流将大大减小，这就相当于减小了整个电路的输入电流，从而提高了电路的输入电阻。图2.2.3所示给出了采用电流自举技术设计的具有高输入电阻的反相放大器的电路原理图。

电路采用了两个集成运算放大器，其中A1为主放大器，进行正常的反相比例运算，A2为自举放大器，作用是向输入回路提供自举电流。根据理想运算放大器的模型有

 图2.2.3 电流自举反相放大器

显然当R=R1时Rin→∞。实际上R与R1总有一定的偏差。为防止电路振荡，还要求R＞R1确保Rin为正值，因此Rin为有限值，但阻值可达到相当高的数值。若R1=10kΩ，R=10.01kΩ，则Rin=10MΩ，这是普通反相比例放大器无法达到的高输入电阻。

2）反相高压放大器

普通运算放大器的最大供电电压范围为±18V，运放的额定输出电压为±15V，这限制了由普通运放构成的反相放大器在高压领域中的应用，如果要求反相放大器的输出电压范围大于±15V，前述电路便无法胜任。欲解决此问题最容易想到的方法是采用高压集成运算放大器代替普通运放。这种方法在电路输出电压要求小于40V时较为可行。然而当电路输出电压要求超过40V特别是超过100V时，这种方法便受到制约。这里介绍采用普通集成运算放大器通过扩展设计的高压反相放大器，电路如图2.2.4所示。

图2.2.4 应用普通运放设计的高压反相放大器

电路的设计思想是在保证运放正负电源差为30V的前提下，使运放的电源电压跟随电路的输出电压浮动。运放的正电源电压为 

运放的正电源电压为

运放的负电源电压为 静态时Vo=0V，运放的正负电源电压为±15V；动态时运放的正负电源电压随输出电压的浮动而浮动，但两者的差值始终为30V。在这样的设计下，电路就能输出高压，且电路的运算方式与基本的反相放大器完全相同，可以视同基本反相放大器进行分析设计。

4.反相放大器的误差分析 

工程上分析运放电路时必须考虑由运放的非理想性引入的运算误差，这时电路的输出电压不再单纯决定于输入电压和外接电路元件参数，而与运放本身的参数有关；高频应用时还与电路的寄生参数有关。运放本身的各种参数对运算精度的影响大小与电路的工作条件及要求有关。

① 对于直流或缓变低频信号的运算电路，失调及漂移、等效输入噪声电压、共模抑制比、输出电阻、电源抑制比和输入电阻等参数是需要重点考虑的指标。

② 对于宽带交流信号运算电路，上升速率、建立时间、增益带宽积、输入电容是需要重点考虑的指标。

因此，在分析电路误差和设计运算电路时，要根据实际情况及要求有所侧重。

1）反相放大器的静态误差

（1）失调及漂移引入的误差

等效电路如图2.2.5所示。该项误差由输入失调电压Vos、平均偏置电流Ib、输入失调电流Ios及它们的漂移引入。将失调及漂移的总和记为Vos'和Ios'，有

 图2.2.5 失调及漂移的误差分析

对反相相加点应用KCL得 

 

整理得

根据定义有 

解之得 

将式（2.2.18）代入式（2.2.16）得 

 

此时式（2.2.19）变为 

式（2.2.20）说明，若取补偿电阻Rp =Rf //RF，则可消除由平均偏置电流及其漂移[插图]的误差影响，这也就说明为何反相放大器要在同相输入端设置补偿电阻的原因。在式（2.2.20）中，第一项为理想状态下的输出，而第二、三两项则是输出误差电压，故 

折算到输入端

考虑最坏的情况将失调与漂移分别考虑有 其中ΔVos、ΔIos分别是温度、时间、正负电源的函数：

 

 

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