3.3.1 同相比例运算放大电路

电压放电电路承担的主要任务是将小信号按照一定的指标进行放大，输出信号应避免失真。

电压放大是模拟系统最常见的电路形式，很多模拟电路都可视为电压放大电路的组合或派生。

3.3.1 同相比例运算放大电路

同相比例运算放大电路简称“同相放大器”，信号从集成运放的同向端输入，运放的反向端由电阻R2、R3构建的电压串联负反馈网络，电路结构如图1所示。

图1 同相比例运算放大电路

图2 同向比例运算仿真结果

1.同相比例运算

在图1所示的同相比例运算放大电路中，输出电压Vo与输入电压Vi的运算关系满足：

Vo=（1+R2/R3）*Vi

图1中的R1为平衡电阻，用于确保集成运放同相输入端、反相输入端对地（GND）的静态电阻相等。R1的取值方法为：

R1=R2//R3

得益于运放外围电阻R2、R3构建的电压串联负反馈，同相比例运算放大电路具有很高的输入电阻和较低的输出电阻，主要用于放大系统中间级，起信号缓冲、阻抗匹配的作用。仿真结果如图2所示。

同相比例运算放大电路的缺点主要表现在集成运放两只输入脚之间存在共模输入电压且不为零：u-=u+=Vi≠0，一般不用在高精度放大电路中。

2.电压跟随器

将图1中的R3开路后，可得图3所示的电压跟随器，输出电压与输入电压的幅度相等、相位相同。输出电压Vo与输入电压Vi的运算关系满足：

Vo=Vi

图3 电压跟随器

图4 电压跟随器仿真结果

电压跟随器的负反馈电阻R2具有减小漂移和运放端口保护的功能，R2的取值为100~10000Ω，可根据实际的电路指标要求进行调整。R2阻值过大，可能影响输出电压的跟随效果；R2阻值过小，则失去了对运放端口的保护作用。仿真结果如图4所示。

3.简化的电压跟随器

若不考虑运放端口的保护，可短接R2，得到图5所示的简化的电压跟随器电路。

图5 简化的电压跟随器电路

图6 简化的电压跟随器电路仿真结果

4.简化的电压跟随器使用实例

如图7所示，将具有220kΩ内阻的信号源直接向1kΩ的电阻负载供电，由于信号源内阻与负载内阻构成简单的串联关系，因而在负载R3两端得到的电压只有9.02mV。

图7 将信号源与负载直接串联

如果将电压跟随器串联在信号源与负载之间，如图8所示，负载R1两端的电压Vp-p值约为1.99V，与2V的理论输出电压相差无几。这主要得益于电压跟随器具有输入电阻高、输出电阻低的优异特性。

图8 将电压跟随器串联在信号源与负载之间