同相比例运算放大电路
信号电压Vin通过电阻Rs加到运放的同相输入端,输出电压vout通过电阻R1和Rf反馈到运放的反相输入端,构成电压串联负反馈放大电路
图中的电阻R2是平衡电阻,在分析运放的放大倍数时,可认为是短路的,即运放的正极是直接接输入信号Vin的。平衡电阻用于保证运算放大器在没有接输入信号的时候,输出为0。
由运算放大器工作在线性放大区的依据:“虚短”和“虚断”有
u- = u+ ≈ ui(即输入信号和反馈信号的连接点处于相同的电位), ii ≈ iF,(即没有电流流入放大器的输入端),
也就是说,A点是一个“虚拟接地”汇合点。由于A点的存在,电阻Rf和R1在反相运放上形成了一个简单地分压网络,电路的电压增益由R1和Rf的比值决定,则A点的电压UA
UA = [R1/(R1+Rf)]*Vout
又
UA = Vin,
电压增益Av
Av = Vout/Vin
化简得,同相运算放大器的闭环电压增益将给出为
Av = 1 + Rf/R1
同相比例运算放大器构成的电压跟随器
如果我们使反馈电阻器Rf等于零,( Rf = 0 ),电阻器R1等于无穷大,( R1 = ∞ ),那么将得到一个增益恒定为1的运放电路,因为所有输出电压被反馈到反相输入端(负反馈)。这种配置会产生一种特殊类型的非反相放大器电路,称为电压跟随器,也称为“单位增益缓冲器”。
由于输入信号直接连接到放大器的非反相输入端,因此输出信号不会反相,从而导致输出电压等于输入电压,因此Vout = Vin。这使得电压跟随器电路成为理想的恒压源或稳压器,因为它具有输入到输出的隔离特性。
单位增益电压跟随器配置的优势在于,当阻抗匹配或电路隔离比电压或电流放大更重要时,可以使用它,因为它可以在其输出端保持输入信号电压(幅度和相位不变)。此外,电压跟随器电路的输入阻抗非常高(从输入信号汲取能量的能力强),通常高于 1MΩ,因为它等于运算放大器的输入电阻乘以其增益 ( R1 x Av )。运算放大器的输出阻抗非常低(带负载能力强),因为假设运算放大器处于理想状态,因此不受负载变化的影响。
同相运算放大电路的参数选择
1.同相比例运算放大电路输入阻抗高,最适于放大小信号,用作放大电路的输入级
2.R1一般选千欧级电阻
3.反馈电阻根据实际要求的电压放大倍数选择
4,。平衡电阻R2=R1//Rf
5.运放:根据电路电压大小、增益要求、通频带和是否双电源等要求来选择,如一般用途常用的LM324等。