一、理想運算放大器的基本特征

理想運算放大器特性如下：(1)開環增益 Aud=∞;(2)輸入阻抗 Ri = ∞;(3)輸出阻抗 Ro = 0;(4)帶寬Fbw = ∞;(5) 失調與漂移為零。

二、反向加法運算電路的仿真分析

反向加法器的仿真電路如圖一所示。圖中輸入電壓為 V1、V2、和 V3。在實際應用過程中，輸入電壓的數目可以根據實際需要設置。

圖一、反向加法器電路

設運算放大器滿足理想狀態，則：

U1/R2 + U2/R3 + U3/R4 = Uio1/R1------1

輸出電壓Uio1 為：

Uio1 = -R1*(U1/R2 + U2/R3 + U3/R4)--------2

假設 R2=R3=R4=R則：

Uio1 = -R1/R*(U1 + U2 + U3)-----------3

從式2中可以看出，改變某一路輸入端的電阻R2、R3或R4，便可單獨改變該電路信號由輸入至輸出的傳輸函數。

在實際設計中，必須注意以下問題：

(1)、輸出電壓Uio1的幅度必須小于運算放大器的最大容許輸出電壓Uio1max，以避免產生分線性失真。

(2)、選擇R2、R3、R4時，必須要使流過的靜態偏執電流產生的電壓小于10%的Ui 幅度。

(3)、R5的數值選擇要滿足R5=R2//R3//R4//R4，以減小運算放大器輸入失調的影響。

在圖一所示的反向加法器的仿真電路中，V1=V2=V3=2V，R2=R3=R4=R1=1KΩ。所以按下仿真開關后，輸出的萬用表顯示的電壓為-6V，如圖二所示，與理論計算結果一致。

圖二、仿真結果

三、同相加法運算電路的仿真分析

同相加法運算的仿真電路如圖三所示，所有的輸入信號均送到運算放大器的同相輸入端。

圖三、同相加法運算電路

假設運算放大器滿足理想條件，則：

Uio1 = (1+R6/R5)*U+--------4

其中，U+ 與 三個輸入信號之間的關系為：

U+ = (R2//R3//R4)/ (R1+R2//R3//R4)*V2 + (R1//R3//R4)/ (R2+R1//R3//R4)*V3 + (R1//R2//R4)/ (R3+R1//R2//R4)*V1

-------------------5

當滿足 R1//RR2//R3//R4=R5//R6 時，式4便可簡化為：

Uio1 = R6*(V1/R3 + V2/R1 + V3/2)--------6

從式可以看出，該式與反相加法器的傳輸系數只差一個負號。

在圖三所示的反相加法器的仿真電路中，V1=V2=V3=2V，R1=R2=R3=R4=4K，R5=R6=2K。所以按下仿真開關，輸出的萬用表顯示的電壓值為3V，如圖四所示。與理論計算一致。

圖四：仿真結果

在實際設計中，除了在反相加法器中曾提出的注意事項外，還需要集成運算放大器同相輸入端的電壓U+的幅度必須小于集成運算放大器本身允許的最大共模輸入電壓。

四、減法運算電路的仿真分析

將兩個輸入信號分別加到運算放大器的兩個輸入端，適當選擇電路參數，使輸出電壓正比于兩個信號之差，便可實現信號相減，模擬減法器仿真電路如圖五所示。

圖五：模擬減法器電路

上圖所示電路為基本差動放大器，當Rp2=Rf2=R2，Rp1=Rf1=R1時，輸出電壓Uio1為：

Uio1 = R2 / R1 * (Ui2 - Ui1)

必須指出的是，由于反相輸入端和同相輸入端具有同樣的輸入電阻，所以設計相減電路時應該考慮信號源內阻影響。否則按照公式7計算將出現較大的誤差。其中：V1=4V，V2=3V，R1=R2=R3=R4=1KΩ。

所以按下仿真按鈕后，輸出的萬用表顯示的電壓值為999.99mV。與理論計算值一致。如圖六所示。

圖六：仿真結果