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    同相運算放大器電路設計教程

    發布時間: 2021/1/19 9:15:29 | 93 次閱讀

    運算放大器電路的第二種基本配置是同相運算放大器設計。在這種配置中,輸入電壓信號(  V IN  )直接施加到同相(  +  )輸入端子,這意味著與“反相放大器”電路相比,放大器的輸出增益的值變為“正”我們在上一個教程中看到其輸出增益為負值。其結果是輸出信號與輸入信號“同相”。

    通過將一小部分輸出電壓信號 通過Rƒ-R2分壓器網絡加回到反相(-)輸入端子,可以實現對同相運算放大器的反饋控制 。如圖所示,這種閉環配置可產生具有非常好的穩定性,非常高的輸入阻抗Rin接近無窮大的同相放大器電路,因為沒有電流流入正輸入端子(理想條件),并且輸出阻抗Rout很低,如圖所示下面。
    同相運算放大器配置
     
    在之前的反相放大器教程中,我們說過,對于理想的運算放大器,“沒有電流流入放大器的輸入端子”,而“ V1始終等于v2”。這是因為輸入和反饋信號(  V1  )的結點處于相同電位。

    換句話說,連接點是“虛擬地球”的總和。由于該虛擬接地節點,電阻Rƒ和R2在非反相放大器上形成一個簡單的分壓器網絡,電路的電壓增益由R2和Rƒ之比確定,如下所示。
    等效電位分壓器網絡
     
    然后,使用該公式計算分壓器網絡的輸出電壓,我們可以計算出同相放大器的閉環電壓增益(  A V  ),如下所示:
     
    然后,同相運算放大器的閉環電壓增益將為:

    從上面的等式我們可以看到,同相放大器的總閉環增益將始終大于但不小于一個(單位),本質上是正的,并且由Rƒ的值之比確定和R2。
    如果反饋電阻Rƒ的值為零,則放大器的增益將完全等于1(單位)。如果電阻R2為零,則增益將接近無窮大,但實際上,它將限于運算放大器的開環差分增益(  A O  )。
    通過簡單地改變如圖所示的輸入連接,我們可以輕松地將反相運算放大器配置轉換為同相放大器配置。
     
    電壓跟隨器(單位增益緩沖器)如果我們使反饋電阻Rƒ等于零(Rƒ= 0),并且使電阻R2等于無窮大(R2 =  ∞),那么得到的電路將具有固定的增益“ 1”(單位),因為輸出電壓被反饋到反相輸入端子(負反饋)。這種配置將產生一種特殊類型的同相放大器電路,稱為電壓跟隨器,也稱為“單位增益緩沖器”。

    由于輸入信號直接連接到放大器的同相輸入,因此輸出信號不反相,導致輸出電壓等于輸入電壓,因此Vout = Vin。然后,由于其輸入到輸出的隔離特性,電壓跟隨器電路成為理想的恒壓源或穩壓器。

    單位增益電壓跟隨器配置的優勢在于,當阻抗匹配或電路隔離比電壓或電流放大更為重要時,可以使用它,因為它可以將輸入信號電壓保持在其輸出端。同樣,電壓跟隨器電路的輸入阻抗非常高,通常大于1MΩ,因為它等于運算放大器的輸入電阻乘以其增益(  Rin x A O  )。運算放大器的輸出阻抗非常低,因為它假定理想的運算放大器條件,因此不受負載變化的影響。
    同相電壓跟隨器
     
    在這種同相電路配置中,輸入阻抗Rin已增大到無窮大,反饋阻抗Rƒ減小到了零。輸出直接連接回負反相輸入,因此反饋為100%,Vin恰好等于Vout,從而使其固定增益為1或1。當將輸入電壓Vin施加到同相輸入時,放大器的電壓增益為:
     
    由于沒有電流流入同相輸入端子,因此輸入阻抗是無限的(理想條件),因此零電流將流過反饋環路。因此,任何電阻值都可以放置在反饋回路中,而不會影響電路的特性,因為沒有電流流過該回路,因此其兩端的電壓降為零,從而導致功率損耗為零。
    由于輸入阻抗非常高,單位增益緩沖器(電壓跟隨器)可用于提供較大的功率增益,因為額外的功率來自運放的供電軌,并通過運放輸出到負載而不是直接輸出到負載。從輸入。但是,在大多數實際的單位增益緩沖電路中,都存在泄漏電流和寄生電容,因此在反饋環路中需要一個低阻值(通常為1kΩ)的電阻,以幫助減少這些泄漏電流的影響,從而提供穩定性,尤其是在運算放大器為當前的反饋類型。

    電壓跟隨器或單位增益緩沖器是一種特殊且非常有用的同相放大器電路,通常用于電子設備中以將電路彼此隔離,特別是在高階狀態變量或Sallen-Key型有源濾波器中將一個濾波器分開從另一個階段?捎玫牡湫蛿底志彌_器IC是74LS125四通道三態緩沖器或更常見的74LS244八進制緩沖器。

    電壓跟隨器電路的閉環電壓增益為“ 1”或Unity。沒有反饋的運算放大器的開環電壓增益為Infinite。然后,通過仔細選擇反饋分量,我們可以控制同相運算放大器產生的增益量,范圍從1到無窮大。

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