同相（反相）运算放大电路

1、电压增益大于1的运算放大器（同相放大器）。  

   根据两个输入端的电压差为零，容易确定闭环放大器的增益：

       Uin =Uout×(R1 /(R1+RF))

       Au = Uout /Uin = (R1+RF)/R1  =1 +RF/R1

我们利用这个公式求下图的增益：

Au= 1 +RF/R1＝1＋50kΩ/10kΩ=6

  

 

下图13-21显示了一个反相的放大器。输入信号加到运算放大器的“－”输入端。输出信号和输入信号相位差是180°。

我们再次假设两个输入端之间没有电压差，因此反相输入端与地同电位，我们将该点称作虚地端。因为R1的右端等效接地（它被联接到虚地），全部输入信号加在R1上产生电流：

    I1＝Uin/R1

输出信号全部加在RF上，按所标的电流I2方向：

    I2＝－Uout/RF

流进或流出运算放大器的"－"端的电流很小以至近似为0。因而I1＝I2：

重新整理得出：增益为负，表示输出信号与输入信号反相。

对图13－21(a)应用反相增益方程得出：

   －10的增益意思是交流输出信号是输入信号的幅值的10倍，而且是反相的。如果输入信号是直流那么输出信号也是直流而且极性相反。例如，如果输入信号是－1V，输出信号将是＋10V（－1V×－10＝ 10V）。

 

图13－21（b）显示了一个有附加电阻的反相放大器。接地端加上R2是为了减少由放大器偏置电流引起的任何失调误差。这个电阻的阻值应等于连接反相输入端两个电阻的并联值。根据标准的并联公式：

最接近的标称值是910Ω。放大器的偏流将流过有同样电阻的两个输入端，使直流压降相等并消除由偏置电流引起的输入端之间的电压差异。运算放大器741的典型输入偏置电流是80nA，在室温下最大值是500nA。

图13－21 (b)中增加了R2，几乎不影响信号的增益与虚地。R2上流过的电流是很小的以至可认为压降是零。例如，电流用80nA，电阻是910Ω：

 U =80×10－9A×910 = 72.μV

因此，分析电路时仍认为同相输入端还是处在地的电位，反相端还是虚地。

图13－22是一个交流耦合同相放大器。此时要求用R2给输入偏置电流提供一个直流通路。为了使失调的影响减到最小，要重新选择R2，使它等于连接到运算放大器的另一个输入端的电阻并联的值。图13－22的R2给定了放大器的输入阻抗。从信号源看它的负载是9.1kΩ。运算放大器的输入阻抗在兆欧范围，因此计算时可以忽略。

在反相放大器中，运算放大器的“－”号输入端是虚地端。因此这种类型放大器的输入阻抗等于信号源和反相输入端之间连接的电阻。从图13－21信号源看，放大器的输入电阻是1kΩ。

 

 

　　图一运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。

　　流过R1的电流I1 = (Vi - V-)/R1 ……a

　　流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2 ……b

　　 V- = V+ = 0 ……c

　　 I1 = I2 ……d

　　求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi

　　这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。

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　　图二中Vi与V-虚短，则

　　 Vi = V- ……a

　　因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1和R2 的电流相等，设此电流为I，由欧姆定律得： I = Vout/(R1+R2) ……b

　　Vi等于R2上的分压，

　　 即：Vi = I*R2 ……c

　　由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2

　　这就是传说中的同向放大器的公式了