【導(dǎo)讀】運(yùn)放是模擬電源反饋及各種信號調(diào)理電路常用的器件,根據(jù)輸入信號連接到運(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調(diào)理電路常用的器件,根據(jù)輸入信號連接到運(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,輸入信號是和運(yùn)放的同相端連接的,信號源面對的是一個(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,所以輸出信號永遠(yuǎn)是大于輸入信號的,而這一點(diǎn)在電路使用中會受到一定的限制,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VIN就等于輸出信號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去探討。而在有的電壓反饋運(yùn)放電路中,也會保留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)放輸入信號通過RG1電阻接到反相放大輸入端,同時(shí)輸出信號也通過反饋電阻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(180度相移)。
這個(gè)電路,如果僅從交流小信號來說,輸入同相端是接地的,那么信號輸入阻抗為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,對理解運(yùn)放基本反饋放大電路有一定的幫助。你理解了嗎
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