同相放大運(yùn)放電路分析和反相放大運(yùn)放電路分析

運(yùn)放是模擬電源反饋及各種信號(hào)調(diào)理電路常用的器件，根據(jù)輸入信號(hào)連接到運(yùn)放的同相端還是反相端，我們可以將其分為同相輸入放大電路，和反相輸入放大電路。這兩種放大電路有什么區(qū)別呢，或者有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢?本文就這一基本話題進(jìn)行討論。

運(yùn)放是模擬電源反饋及各種信號(hào)調(diào)理電路常用的器件，根據(jù)輸入信號(hào)連接到運(yùn)放的同相端還是反相端，我們可以將其分為同相輸入放大電路，和反相輸入放大電路。這兩種放大電路有什么區(qū)別呢，或者有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢?本文就這一基本話題進(jìn)行討論。

一.同相放大運(yùn)放電路分析

同相放大的運(yùn)放中，輸入信號(hào)是和運(yùn)放的同相端連接的，信號(hào)源面對(duì)的是一個(gè)無窮大的阻抗，如圖一所示。

圖1 同相放大運(yùn)放的示意圖

根據(jù)理想運(yùn)放的特性，兩個(gè)輸入端的輸入阻抗均為高阻抗，所以運(yùn)放輸入引腳上的電流為0，同時(shí)又由于運(yùn)放兩端的電壓是相同的，所以負(fù)輸入端電壓為VIN.此時(shí)，我們可以根據(jù)電阻分壓關(guān)系求出VIN和VOUT之間的關(guān)系。

圖2 同相放大的運(yùn)放的輸入輸出關(guān)系

從上圖2可知，輸出比輸入的增益是永遠(yuǎn)大于1的，所以輸出信號(hào)永遠(yuǎn)是大于輸入信號(hào)的，而這一點(diǎn)在電路使用中會(huì)受到一定的限制，所以在電源反饋電路中比較少見。

同樣的，我們通過圖2的基本關(guān)系，可以知道，當(dāng)RF遠(yuǎn)小于RG時(shí)，或者RG遠(yuǎn)大于RF時(shí)，輸入信號(hào)VIN就等于輸出信號(hào)VOUT,這時(shí)候運(yùn)放就是一個(gè)單倍增益的運(yùn)放(同相放大)。

圖3 同相單倍增益運(yùn)放輸入和輸出關(guān)系

此時(shí)對(duì)應(yīng)的電路形態(tài)就是RG無窮大阻抗(開路)，RF無窮小阻抗(短路)，相當(dāng)于輸入反相端和輸出直接短路相連接即可。

這里值得注意的是RF這個(gè)電阻在電流反饋放大運(yùn)放中，是永遠(yuǎn)不可以去除的，因?yàn)樯婕暗竭\(yùn)放穩(wěn)定性，有關(guān)電流反饋放大運(yùn)放的話題我們后面會(huì)去探討。而在有的電壓反饋運(yùn)放電路中，也會(huì)保留RF電阻，這樣可以限制流過輸入ESD電路的電流。

二.反相放大運(yùn)放電路分析

圖4 反向放大運(yùn)放示意圖

反向放大運(yùn)放輸入信號(hào)通過RG1電阻接到反相放大輸入端，同時(shí)輸出信號(hào)也通過反饋電阻RF1接到反相輸入端，同相端我們放置一個(gè)參考電壓VREF。

經(jīng)過推導(dǎo)后，我們得到直流工作點(diǎn)的輸入和輸出關(guān)系為，圖5所示。

圖5 反相放大運(yùn)放電路的直流輸入輸出關(guān)系

當(dāng)我們僅僅分析直流工作點(diǎn)下的小信號(hào)擾動(dòng)時(shí)，我們可以將VREF視為0，則可以看到基本關(guān)系變?yōu)閳D6所示。

圖6 小信號(hào)狀態(tài)下的反相運(yùn)放的輸入輸出關(guān)系

從圖6中可知，反相輸入時(shí)，運(yùn)放的增益可以大于1也可以小于1，這取決于RF和RG的值的相對(duì)關(guān)系，而和運(yùn)放本身的參數(shù)無關(guān)。由于是反相放大，因此輸出和輸入之間有一個(gè)負(fù)號(hào)(180度相移)。

這個(gè)電路，如果僅從交流小信號(hào)來說，輸入同相端是接地的，那么信號(hào)輸入阻抗為RG所決定。

總結(jié)，通過分析同相放大和反相放大運(yùn)放的增益關(guān)系差異，同時(shí)引出單倍增益運(yùn)放的概念，且分析了反饋電阻和增益電阻的主要作用，對(duì)理解運(yùn)放基本反饋放大電路有一定的幫助。你理解了嗎