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电工电子技术基础第8章 集成运算放大器

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集成运算放大器的简单介绍PPT课件

集成运算放大器的简单介绍PPT课件
RF 常用做测量分析方法1：
R如u–+如F则i1果则u+–：R取i：21uR1R=uoRo2R12R=RRu=F1+R–R3i2(R22u3/+i，/2=uRiR13u3=u+–i放=1uo)RoR大1F/电(/1R路F由RR由uuF1虚)虚R短断2uuR可Ri可i3112得RR得33：uRuuR：Roi1321uuuiRR2RiF1F1uRui11 )
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
第7页/共54页
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– i+
– +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
(1
RF R1
)
R3 R2 R3
ui 2
RF R1
ui1
第21页/共54页
16.2.4 积分运算电路
if =? if
i1 R1 + ui – R2
+uC– CF
– +
+
+
uO
–
由虚短及虚断性质可得
i1 = if
i1
ui R1
iF
CF
duC dt
当电容CF的初始电压 为 uC(t0) 时，则有
ui R1
第2页/共54页
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数

第电工电子技术(第二版)八章

第电工电子技术(第二版)八章

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8. 2 放大电路中的负反馈



出现又在交流通路中出现，则是既有直流反馈又有交流反馈。 3.反馈电路的类型 根据反馈信号在输出端的取样和在输入端的连接方式，放大电路可 以组成四种不同类型的负反馈:电压串联负反馈、电压并联负反馈、 电流串联负反馈和电流并联负反馈。判断方法如下: (1)电压反馈和电流反馈 判断是电压反馈还是电流反馈是按照反馈信号在放大器输出端的取 样方式来分类的。若反馈信号取自输出电压，即反馈信号与输出电压 成比例，称为电压反馈;若反馈信号取自输出电流，即反馈信号与输 出电流成比例，称为电流反馈。常采用负载电阻 短路法进行判断，
第8章 集成运算放大器及其应用



本章知识点 先导案例 8. 1 集成运算放大器简介 8. 2 放大电路中的负反馈 8. 3 集成运算放大器的应用 8. 4 用集成运放构成振荡电路 8. 5 使用运算放大器应注意的几个问题
本章知识点
[1]了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 [2]理解运算放大器的电压传输特性，掌握其基本分析方法。 [3]掌握用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作 原 理。 [4]理解电压比较器的工作原理和应用。 [5]能判别电子电路中的直流反馈和交流反馈、正反馈和负反馈以及 负 反馈的四种类型。 [6]理解负反馈对放大电路工作性能的影响。 [7]掌握正弦波振荡电路自激振荡的条件。 [8]了解RC振荡电路的工作原理。





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8. 2 放大电路中的负反馈

图8-9 (b):假定输入信号对地瞬时极性为
，则各点电压变化过程为 净输入量增强，则该电路

电工电子学_集成运算放大器

电工电子学_集成运算放大器

24


9.3 集成运放在信号运算方面的应用
由于开环电压放大倍数Auo很高，集成运放开环工作时线性区很 窄。因此，为了保证运放处于线性工作区，通常都要引入深度负反馈。 集成运放引入适当的负反馈，可以使输出和输入之间满足某种特定的 函数关系，实现特定的模拟运算。当反馈电路为线性电路时，可以实 现比例、加法、减法、积分、微分等运算。



图9.2.1 反馈放大电路框图

电路中的反馈是指将电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部 通过一定的电路（反馈电路）送回到输入回路，与输入信号一同控制 电路的输出。可用图9.2.1所示的方框图来表示。
16


2. 反馈的分类
（1）正反馈和负反馈 根据反馈极性的不同，可以分为正反馈和负反馈。 （2）直流反馈和交流反馈 根据反馈信号的交直流性质，可以将反馈分为直流反馈和交流反馈。 （3）电压反馈和电流反馈 根据输出端反馈采样信息的不同，可以将反馈分为电压反馈和电流反 馈。 （4）串联反馈和并联反馈 根据反馈信号与输入信号在放大电路输入端联结方式的不同，可以将 反馈分为串联反馈和并联反馈。
9


3. 输入和输出方式
差放电路有双端输入和单端输入两种输入方式。同样也有双端 输出和单端输出两种输出方式。因此，差动放大电路共有四种输入输 出方式。 （1）双端输入双端输出 （2）双端输入单端输出 （3）单端输入双端输出 （4）单端输入单端输出



10


4. 共模抑制比
差动放大电路对差模信号和共模信号都有放大作用，但对差动 放大电路来说，差模信号是有用信号，共模信号则是需要抑制的。因 此要求差放电路的差模放大倍数尽可能大，而共模放大倍数尽可能小。 为了衡量差放电路放大差模信号和抑制共模干扰的能力，引入共模抑 制比作为技术指标，用KCMR表示。其定义为差模电压放大倍数与共 模电压放大倍数之比，即 A （9.1.11） K ud

电工电子技术第8章集成运算放大器

电工电子技术第8章集成运算放大器

按封装形式分类
直插式集成运算放大器
模块式集成运算放大器
采用双列直插式封装，具有体积较大、 安装方便等特点。
将运算放大器和其他外围电路集成在 一个模块内，具有方便使用和集成度 高等特点。
表面贴装集成运算放大器
采用小型化表面贴装封装，具有体积 小、重量轻、节省空间等特点。
按内部电路结构分类
单路集成运算放大器
在数字电路中的应用
1 2
模拟-数字转换器（ADC） 集成运算放大器在ADC中用作比较器，将模拟信 号与参考电压进行比较，转换为相应的数字信号。
数字-模拟转换器（DAC） 集成运算放大器在DAC中用于将数字信号转换为 模拟信号，实现数字控制系统的输出。
3
信号调理电路
集成运算放大器用于将数字信号转换为适合传输 或驱动的模拟信号，或者对数字信号进行预处理 和增强。
地。
防止热失控和噪声干扰
总结词
热失控和噪声干扰是集成运算放大器常 见的问题，应采取措施预防和减运算放大器性能下降或 损坏，因此应关注散热设计，并避免在过 热的环境中使用。此外，噪声干扰可能影 响信号的清晰度和稳定性，应采取屏蔽、 接地和滤波等措施减小噪声干扰的影响。
合适的静态工作点可以保证放 大器在信号放大过程中不会出 现失真。
电压跟随器
电压跟随器是集成运算放大器的输入级，其作用是减小输入阻抗、隔离电路和提供 一定的电压增益。
电压跟随器由输入级和输出级组成，输入信号加在输入级，输出信号由输出级提供。
电压跟随器的电压增益接近于1，但具有很低的输出阻抗，因此可以作为信号传输的 缓冲器和隔离电路。
按性能指标分类
高精度集成运算放大器
具有低失调电压、低噪声、低失真等特点， 适用于高精度测量和放大电路。

电工电子技术第八章集成运算放大电路

电工电子技术第八章集成运算放大电路

8.1 集成运算放大器的简单介绍
• 运算放大器开环放大倍数大，并且具有深 度反馈，是一种高级的直接耦合放大电路。 它通常是作为独立单元存在电路中的。最 初是应用在模拟电子计算机上，可以独立 地完成加减、积分和微分等数学运算。早 期的运算放大器由电子管组成，自从20世 纪60年代初第一个集成运算放大器问世以 来，运算放大器才应用在模拟计算机的范 畴外，如在偏导运算、信号处理、信号测 量及波形产生等方面都获得了广泛的应用。
• 4．在集成电路中，比较合适的电阻阻值范 围大约为100 ~300 Ω。制作高阻值的电阻 成本高、占用面积大并且阻值偏差也较大 （10~20%）。因此，在集成运算放大器中 往往用晶体管恒流源代替高电阻，必须用 直流高阻值时，也常采用外接的方式。
8.1.2 集成运算放大器的简单说明
• 集成运算放大器的的电路常可分为输入级、 中间级、输出级和偏置电路四个基本组成 部分，如图8-1所示。
• 2．信号的输入 • 当有信号输入时，差动放大电路（见图8-5）的工作情况可以分为以下几种情
况。
• （1）共模输入。 • 若两管的基极加上一对大小相等、极性相同的共模信号（即vi1 = vi2），这种
输入方式称为共模输入。这将引起两管的基极电流沿着相同的方向发生变化， 集电极电流也沿相同方向变化，所以集电极电压变化的方向与大小也相同， 因此，输出电压vo = ΔvC1-ΔvC2 = 0，可见差动放大电路能够抑制共模信号。 而上述差动放大电路抑制零点漂移则是该电路抑制共模信号的一个特例。因 为输出的零点漂移电压折合到输入端，就相当于一对共模信号。
u
u
u0 Au 0
0
u+≈u-
（8-2）
• 当反向输入端有信号，而同向端接地时，u+=0，由上式 可见，u-≈u+=0。此时反向输入端的电位近似等于地电位， 因此，它是一个不接地的“地”电位端，通常称为虚地端。

集成运算放大器全篇

集成运算放大器全篇
要求。
习题判16
七、 微分器
iF R
i1 C ui
R2
– +
+
u–= u+= 0
uo
若输入： ui sin t
ui
则：uo RC cost RC sin(t 90 ) 0 uo
0
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
t t 习题判19
微分是积分的逆运算。因此，只要将积分运算电路 中R和C的位置互换，就能形成微分器基本电路。如果 说，积分电路能够延缓信号的传输，那么微分电路则能 加快信号的传输过程，微分器又称D调节器。
(2)无调零引出端的运放调零。有些运放是不设调零引出端 的，特别是四运放或双运放等因引脚有限，一般都省掉调零端。 用作电压比较器的运放，无需调零；用作弱信号处理的线性电 路，需要通过一个附加电路，引入一个补偿电压，抵消失调参 数的影响，几种附加的调零电路如图1-14所示。 调零电路的接人对信号的传输关系应无影响，故图l-14a和图l14b加入了限流电阻R3，R3的阻值要求比R1大数十倍，若R1 =10 kΩ， R3可取200 kΩ。图l-14c和图l-14d为不用调零电源 (+U和-U)的调零电路，通过调节电位器RP，可以改变输入偏置 电流的大小，以调整电消振措施 1)区分内外补偿。从产品手册或产品说明书上可查到补偿方法， 如F007型运放往往把消振用的RC元件制作在运放内部。大部分 没有外接相位补偿（校正）端子的运放，均列出补偿用RC元件 的参考数值，按厂家提供的参数，一般均能消除自激。 2)补偿电容与带宽的关系。有时按厂家提供的RC参数不能完全 消除自激。此时若加大补偿电容的容量，可以消除自激。对于 交流放大器，则必须注意补偿元件对频带的影响，不应取过大 的电容值，要选取适当的电容值，使之既能消除振荡，又能保 持一定的频带宽度。此外，对应不同的闭环增益，所需的补偿 电容和补偿电阻也不同。在选取补偿元件时，可以按以下原则 掌握：在消除自激的前提下，尽可能使用容量小的补偿电容和 阻值大的补偿电阻。

集成运算放大器的基础知识图解课件


选择合适的集成运算放大器
01
02
03
04
根据应用需求选择合适的类型 和规格。
考虑集成运算放大器的性能参 数，如带宽增益积、精度、噪
声等。
考虑集成运算放大器的功耗和 散热性能。
考虑集成运算放大器的封装形 式和引脚排列，以便于电路设
计和连接。
05 集成运算放大器的常见应 用电路
反相比例运算电路
总结词
02 集成运算放大器的基本结 构与工作原理
差分输入级
差分输入级是集成运算放大器 的核心部分，负责将差分输入 信号转换为单端输出信号。
它通常由两个对称的晶体管组 成，能够有效地抑制温漂和减 小噪声干扰。
差分输入级的作用是提高放大 器的输入电阻和共模抑制比， 从而提高信号的信噪比。
电压放大级
电压放大级是集成运算放大器中 用于放大输入信号的级，通常由
微分电路
总结词
微分电路是一种将输入信号进行微分运算的 电路，通常用于测量变化快速的物理量。
详细描述
在微分电路中，输入信号通过电阻R1和电 容C加到集成运算放大器的反相输入端，输 出信号通过反馈电阻RF反馈到反相输入端 。由于电容C的充电和放电过程，输出信号 与输入信号的时间导数成正比，从而实现微 分运算。微分电路常用于测量流量、振动等 变化快速的物理量。
06 集成运算放大器的使用注 意事项与故障排除
使用注意事项
避免电源电压过高或过低
集成运算放大器的正常工作电压范围 有限，过高或过低的电压可能导致器 件损坏。
输入信号幅度控制
输入信号幅度过大可能导致集成运算 放大器过载，影响性能甚至损坏器件 。
避免直流偏置
直流偏置可能导致集成运算放大器性 能下降，甚至无法正常工作。

集成运算放大器及应用—集成运算放大器(电子技术课件)


（a）新国标符号
（b）以往用过的符号
图3.1.2 集成运放的符号
4.集成运放实物 （1）封装形式、引脚排列
金属壳封装
双列直插式 塑料封装
图3.1.3 集成运放封装与引脚图
图3.1.4 LM324引脚图
（2）运算放大器外形图
图3.1.5 集成运放实物图
三、理想集成运放的主要参数 1.理想集成运放
4.共模抑制比 KCMR 反映了集成运放对共模信号的抑制能力。
5.输入失调电压、电流 U IO 0 I IO 0 它是指集成运放输出电压为零时，两个输入端所加补偿电压的大小、两个输
入端的静态电流之差均为零。 6.上限截止频率 f H
反映集成运放的频率特性。
集成运放的线性应用（一）
3.2.1 集成运放的线性应用（一）
差模信号是指 ui1 = – ui2，即两个输入信号大小相同，极性相反。 共模信号是指 ui1 = ui2 ，即两个输入信号大小相同，极性相同。
2.输入电阻 rid
它是指集成运放在开环状态下，输入差模信号时两输入端之间的动态电阻， 反映差模输入时，集成运放向信号源索取电流的大小。
3.输出电阻 ro 0
二、集成运放的组成及符号 1.集成运放的组成框图
uid +
输入级
中间电压 放大级
输出级 uo
偏置电路
图3.1.1 集成运放的组成框图
2.各组成部分的特点
采用差分放大电路。要求输入电阻 高，输入端耐压高，抑制温度漂移 能力强，静态电流小。
采用共发射极放大 电路。要求有足够 的放大能力。
采用互补对称输出电 路。要求输出电压范 围宽，输出电阻小， 非线性失真小。
一、线性区的集成运放

第8章 集成运算放大器

4. 理想运算放大器的特点 当集成运放工作在线性区时有
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
两个输入端电位相等，好像短接在一起一样，但并非真的短路，所以称为虚短路， 简称“虚短”。 由理想运放电路可知
两个输入端之间输入电阻无穷大，好像断路一样，但并非真的断路，所以称为虚断 路，简称“虚断”。 当集成运放工作在非线性区时，由集成运放的电压传输特性可知
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
3. 集成运放的电路符号与外形
集成运放的图形符号如图8-2所示，是国际标准符号。三角形表示放大器，三角形 所指方向为信号传输方向，Ao为“∞”时表示开环增益极高。它有两个输入端和一 个输出端。同相输入端标“+”（或P），表示输出端信号与该端输入信号同相；反 相输入端“-”（或N），表示输出端信号与该端输入信号反相。输出端的“+”表示 输出电压为正。
2. 集成运放的电压传输特性 如图8-4所示为表示输出与输入电压关系的特性曲线，称为电压传输特性。
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
当集放输大成入倍运电数放压A工o很u作i在大在A，线、所性B之以区间线时时性，，区输集很入成窄电运。压放要与工使输作集出在成电线运压性放有区在关，较系在大AA的o=、u输uBoi 。入之由电外于压时集下处成于也运非能放工线电作性压区在。 线性区，必须在电路中引入深度负反馈。 集成运放工作在非线性区时，输出只有两种饱和状态±UoM。电压饱和值±UoM略 低于正负电源电压。
3. 理想运算放大器的条件
在分析集成运放的应用电路时，为了简化电路分析，常将集成运放理想化。理想化 的条件是：
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介

电工电子技术课程课件集成运算放大器及其应用


0
u u －U o(sat) 非线性区
理想集成运算放大器
线性区： uo=Auo(u+ - u-)
两ri输d→入∞端，的故输 入电流为零。
分 析 依 据
Auo→∞ ，uo为有限值 故 u+-u-=uo/Auo≈0 即 u+ ≈ u-
当有信号输入时， 如同相端接地， 即u+=0 则u- ≈ 0
虚断 虚短
Rf R1
ui
Auf
uo ui
Rf R1
Rf R1
uo ui
比例运算
i i 0 u u
if Rf
反馈方式——电压并联负反馈
i1 R1 ui
R2



uf
共模电压为零
u u 0 2
输出电阻很小！
输入电阻—— ri=R1
uo
为保证一定的输入电阻，
当放大倍数大时，需增大
i i 0 u u
if Rf
1. 反相端输入；
ui
i1 R1 R2



uf
i1 i f u u 0
2. Rf —引到反相输入端；
3. R2 —平衡电阻，R2=R1∥Rf
uo
i1
ui u R1

ui R1
if

u uo Rf


uo Rf
uo


3. 最大差模输入电压Uidmax
Uidmax是指集成运放的反向输入端和同向输入端之间所能承 受的最大电压。
集成运算放大器的主要参数
4. 最大共模输入电压Uicmax
Uicmax是指集成运放所能承受的最大共模输入电压，超过这 个值，集成运放的共模抑制比将明显下降，甚至造成器件损坏。
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当 RF 0 或 R1 时， uo ui ，即 A uf 1 ，这时输出电压跟随 输入电压作相同的变化，称为电压跟随器。
3．加、减法运算电路
（1）加法运算电路
if RF ui1 i1 i2 R1 R2 +12V 7
加法运算电路就是在反相比 i3 R3 ∞ 2 ui3 － 例运算电路的基础上，在输入端 6 RP ＋ 3 再加入几个输入信号而构成的， u0 ＋ 为使运放的两个输入端对称，要 1 5 4 求： 当R1=R2=R3=RF 时： RP R1 // R2 // R3 // RF -12V RF RF RF 理想条件下： uo ( ui1 ui2 ui3 ) R R R u u u 1 2 3 i1 i1 ; i2 i2 ; i3 i3 R R1 R2 R3 F (ui1 ui2 ui3 ) R1 u0 i f i1 i2 i3 若再有R1=RF 时，则：u0 (ui1 ui 2 ui3 ) RF 第2页
2．同相比例运算电路
if RF
+12V 7
i1 R1 R2 ui 2 3 1
根据运放工作在线性区的两条分析 依据可知： i1 i f ， u u ui 而
－ ＋
∞ ＋
5 4 6
i1
u0
u u o ui u o 0 u u i ，i f R1 R1 RF RF
-12V
1 2 3 4
负电源端 反相输入端 同相输入端
UU+
－ ＋
∞ ＋
U0
第2页
集成运放的电路图符号
2．集成运算的主要技术指标
（ （1 1）开环电压放大倍数 ）开环电压放大倍数A Au0 u0 指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况 下的直流差模电压增益。集成运放的Au0一般很高，约为104～107； （2）差模输入电阻ri和输出电阻r0
第2页
集成电路的几种外形
左图所示为μA741集成运算放大器的芯片实物外形图 从实物外形图上可看出，μA741集成运放有8 个管脚，管脚的排列图、电路图符号如下：
外部接线图
正电源端
+12V 7
空脚
输出端
调零端
8
7
6
5
反相输入 2 同相输入 3 1
－ ＋
∞ ＋
5 4
输出 6
μA741
调零电位器 调零端
if
F
1．反相比例运算电路
根据两条重要分析依据可知： i1 i f ， u u 0 而
i1 ui R1 R2 2 3 1
+12V 7
－ ＋
∞
＋
5 4
6 u0
u u ui i1 i R1 R1 if
u uo u 式中负号表示输出电压与 o 输入电压的相位相反 RF RF -12V RF RF R2是平衡电阻： R2 RF // R1 u u A 由此可得： o i ， Uf R1 R1 第2页
主编 曾令琴
制作 曾令琴 2004年10月
第二篇
8.1 集成运算放大器
8.2 集成运放的应用
第二篇
学习集成运算放大器
学习目的与要求
1.其分析方法；
3. 理解集成运放的线性应用及其工作原理；
4. 了解一般集成运放的简单非线性应用。
第2页
3．理想集成运算及其传输特性
为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集成运放 理想化，集成运放的理想化参数为：
u0(V) ＋U0M 理想特性 实际特性 线性区 0
Auo=∞、 ri=∞、 r0=0 、KCMR=∞。
根据集成运放的实际特性和理想特 性，可画出相应的电压传输特性。 电压传输特性给出了集成运放开环 时输出电压与输入电压之间的关系。 可以看出，当集成运放工作在线性 区（+U0M~－U0M)时，其实际特性与理 想特性非常接近；由于集成运放的电压 放大倍数相当高，即使输入电压很小， 也足以让运放工作在饱和状态—使输出 电压保持稳定。
集成运放的差动输入电阻很高，可高达几十千欧和几十兆欧； 由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很 低，约在几十欧至几百欧之间；
（3）最大共模输入电压Uicmax 指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电 压时，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成 器件损坏。
1. 集成运放由哪几部分组成，各部分的主 要作用是什么？ 2. 理想运放的特点是什么？ 3. 工作在线性区的理想运放有哪两条重要 结论？何谓“虚断”？“虚短”？
第2页
8.2 集成运放的应用
集成运放的应用分为线性应用和非线性应用两大类。当集成运放 通过外接电路引入负反馈时，集成运放成闭环并工作在线性区，可构 成模拟信号运算放大电路、正弦波振荡电路和有源滤波电路等；若工 作在非线性区，集成运放则可构成各种电压比较器和矩形波发生器等。 先介绍集成运放的线性应用。 R
第2页
8.1 集成运算放大器
1．集成运算放大器概述
集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电 阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但 结构具有共同之处，一般由四部分组成。
输入级一般是差动放大器，利用 其对称特性可以提高整个电路的共模 抑制比和电路性能，输入级有反相输 入端、同相输入端两个输入端； 中间级的主要作用是提高电压增 益，一般由多级放大电路组成； 输出级一般由电压跟随器或互补 电压跟随器所组成，以降低输出电阻， 提高带负载能力。 偏置电路是为各级提供合适的工 作电流。 此外还有一些过载保护电路及高 频补偿环节等辅助环节。
ui(mV)
饱和区
－U0M
集成运放的电压传输特性
输出、输入电压的关系： U 0 第2页
A U0 (U U ) A U0 U i
根据集成运放的理想化条件，可以导出两个结 论，作为集成运放在线性区工作的重要分析依据：
（1）虚断：由ri=∞，得i＋＝i－＝0，即理想运放内部不需要向信号 源索取任何电流，两个输入端的电流恒为零。电流为零相当于断 路，但实际上两个输入端并未真正断开，因此称为虚断； （2）虚短：由Ado=∞，得u＋＝u－，即理想运放两个输入端的电位 相等。两点等电位相当于短路，实际上两个输入端并未真正短接， 因此称为虚短。
由此可得：
-12V
可见同相比例运算电路 的电压放大倍数必定大于1， 而且仅由外接电阻的数值来 决定，与运放本身的参数无 关。 第2页
RF uo 1 R ui 1 输出电压与输入电压的相位相同。 为提高电路的对称性，平衡电阻 R2 R1 // RF
闭环电压放大倍数： U R A uf 0 1 F Ui Ri