非反相运算放大器

在电子学中，放大器是一种电路，它接受输入信号，并产生一个未失真的放大版本的信号作为输出。在本教程中，我们将学习一个重要的配置运算放大器称为非反相放大器。在非反相运算放大器中，输入端被馈电到非反相端，输出端与输入端同相。

介绍

运算放大器或更常见的运算放大器本质上是一个多级高增益差分放大器，可以以多种方式使用。典型运放的两个重要电路是:

• 反相放大器
• 非反相放大器

非反相放大器是OP-AMP电路配置，其产生放大的输出信号，并且使用施加的输入信号同时的非反相运算放大器的该输出信号。

换句话说，一个非反相放大器的行为就像一个电压跟随电路。非反相放大器也使用负反馈连接，但不是将整个输出信号馈送到输入端，而是将输出信号电压的一部分作为输入反馈到运放的反相输入端。

非反相放大器的高输入阻抗和低输出阻抗使电路成为阻抗缓冲应用的理想选择。

理想的无反相放大器电路

一个理想的无反相放大器的电路图如下图所示。

从电路中可以看出，R₂(右_f在上图中)和R₁(右₁在上图中)作为输出电压和电阻R上的电压的分压器₁应用于逆变输入。

当非反相输入接地时，即V_在= 0，则反相输入端电压也必须在地电平;如果不是，输入端之间的电压差将被放大，将反向输入端移回地电平(运放的输入将始终保持相同的电压)。

由于反相输入端是在地电平，电阻的结R₁和R₂还必须在地面上。这意味着R上的电压降₁将是零。因此，流过R₁和R₂必须是零。因此，在R上有零电压降₂，因此输出电压等于输入电压0V。

当正向输入信号应用于非反相输入端时，输出电压将移动以保持反相输入端等于所应用的输入电压。因此，在电阻R上将产生一个反馈电压₁,

虚拟现实₁= V_在= V_出R₁/ (R₁+ R₂)

非反相运算放大器的电压增益

从上面的方程，V_在用V表示_出，非反相放大器A的闭环电压增益_CL可计算为:

一个_CL= V_出/ V_在

=（r.₁+ R₂) / R₁

一个_CL= 1 +（r₂/ R₁)

或者一个_CL= 1 +（r_f/ R₁)

以上增益方程为正，说明输出将与应用的输入信号同相。非反相放大器的闭环电压增益是由电阻的比值R决定的₁和R₂用于电路中。

实际上，非反相放大器将有一个电阻与输入电压源串联，以保持两个输入端子的输入电流相同。

虚拟短片

在非反相放大器中，两个输入端之间存在虚短。虚短路是电压短路，而开路是电流短路。虚短利用了理想运放的两个特性:

• 自R_在无穷大时，两端输入电流均为零。
• 由于开环增益_ol.为无穷大时，电压差(V₁- V.₂)总是零。

虽然虚拟短是一个理想的近似值，当使用沉重的负反馈时，它给出准确的值。只要运放工作在线性区域(不饱和，正或负)，开环电压增益接近无穷大，两个输入端之间存在虚短。

由于虚短，反相输入电压跟随非反相输入电压。当非反相输入电压增大或减小时，反相输入电压立即增大或减小到相同的值。这个动作通常被称为“引导”。

非反相放大器的输入阻抗

运算放大器电路的输入阻抗为:

Z_在= (1 + a_ol.β)Z_我

在那里,一个_ol.运放的开环增益是多少

Zi是没有任何反馈的运放输入阻抗

β是反馈因子

对于非反相放大器，反馈因子为:

β= R.₂/ (R₁+ R₂)

β = 1 / a_CL

因此，对于非反相放大器电路，输入阻抗公式为:

Z_在= 1 + (a_ol./一个_CL)}子

非反相放大器的输出阻抗

运算放大器的输出阻抗表示为:

Z_出Z =₀/ (1 +_ol.β)

因为，β= 1 / a_CL对于非反相放大器，阻抗为:

Z_出Z =₀/ (1 + 1)_ol./一个_CL)}

电压跟随器电路

电压跟随器是运算放大器最简单的用途之一，它的输出电压与应用于电路的输入电压完全相同。换句话说，电压跟随电路的增益是统一的。

运放的输出直接连接反相输入端，输入电压施加于非反相输入端。电压跟随器，像一个非反相放大器，有非常高的输入阻抗和非常低的输出阻抗。电压跟随器的电路图如下图所示。

可以看出，上述配置与非反相放大器电路相同，只是没有使用电阻。非反相放大器的增益为:

一个_CL= 1 +（r₂/ R₁)

在电压跟随器中，电阻R₂等于0 R₁是无限的。因此，电压跟随器的增益将等于1。因此，电压跟随器也通常被称为单位增益缓冲器。

电压跟随器或单位增益缓冲电路通常用于隔离不同的电路，即，将电路的一个级与另一个阶段分离，并用于阻抗匹配应用。

在实践中，电压跟随器的输出电压将不完全等于施加的输入电压，将有一个轻微的差异。这种差异是由于运放的高内部电压增益。

注意:运放的开环电压增益为无穷大，电压跟随器的闭环电压增益为单位。这意味着通过仔细选择反馈元件，我们可以精确地控制非反相放大器的增益。

非反相放大器的例子

对于下图所示的非反相放大器，计算如下:

i)放大器的增益A_CL

ii)输出电压V_O

iii)通过负载电阻的电流_l。

iv)输出电流_O。

注意:节点A在运放的非反相端，节点B在反相端(也是分压点)。这些节点没有显示在上图中。

节点B的势是V_在由于虚拟短，

V_一个= V_B= V_在= 0.8 V

电流I1是，

我₁= V_一个/ R₁= 0.8v / 10 kΩ

我₁= 80µ

由于运放输入电流为零，所以I₁必须流过电阻R吗_f。

i)非反相放大器的增益;

一个_CL= 1 +（r_f/ R₁) = 1 + (20 kΩ / 10 kΩ)

一个_CL= 3

ii)输出电压，

V_O=一个_CL* V._在= 3 * 0.8v

V_O= 2.4 V

iii)通过负载电阻的电流;

我_l= V_O/ R_l= 2.4 / (2 * 10^3.Ω)

我_l马= 1.2

iv）输出电流，

根据基尔霍夫的电流定律(KCL)，我_O=我₁+我_l

我_O= 80µA + 1.2 mA

我_O马= 1.28

非反相放大器的总结

• 非反相放大器采用分压偏压负反馈连接。
• 电压增益始终大于1。
• 电压增益为正，说明交流输入时，输出与输入信号同相，直流输入时，输出极性与输入极性相同。
• 非反相运放的电压增益只取决于电阻值，与运放的开环增益无关。
• 通过选择合适的电阻值可以获得所需的电压增益。

结论

一个关于非反相运算放大器的简单教程。你学习了一个理想的非反相放大器的电路，电压增益，输入和输出阻抗，电压跟随应用和一个例子电路与所有重要的计算。