反相運算放大器的相關(guān)知識

運算放大器的配置可以通過兩種方式完成，即反相運算放大器和同相運算放大器。在這些配置中的任何一種當(dāng)中，輸出都會返回到其輸入，這稱為反饋。這種反饋用于不同的功能電路，如振蕩器、濾波器、放大器、不同類型的穩(wěn)壓器、整流器等。

眾所周知，運算放大器包括正負(fù)兩個輸入端子，但反饋的連接可以是正或負(fù)極端子。此前已經(jīng)介紹過同相運算放大器的相關(guān)知識，本文重點介紹下反相運算放大器的工作原理及應(yīng)用特性。

反相運算放大器的基本概念

運算放大器是使用負(fù)反饋連接的基本運算放大器電路配置。顧名思義，放大器將輸入信號反轉(zhuǎn)并改變它。

反相運算放大器是一種運算放大器電路，用于產(chǎn)生與其輸入相比反相180°的輸出，這意味著，如果輸入信號為正 (+)，則輸出信號將相反，反相運算放大器是通過帶有兩個電阻器的運算放大器設(shè)計的。

反相運算放大器電路和電壓增益

反相運算放大器的電路圖如下所示。在該電路中，負(fù)端通過反饋連接以創(chuàng)建閉環(huán)操作。在使用運算放大器時，需要記住兩個基本規(guī)則，例如輸入端沒有電流流動，另一個是V1始終等于V2。

這是因為正輸入端在接地時處于OV。在上述配置中，運算放大器通過使用反饋連接以創(chuàng)建閉環(huán)操作。在處理運算放大器時，要記住關(guān)于反相放大器的兩條非常重要的規(guī)則，它們是“沒有電流流入輸入端”和“V1始終等于V2”。

然而，在實際運算放大器電路中，由于輸入結(jié)和反饋信號'X'處于等電位，上述兩個規(guī)則在一定程度上被打破。當(dāng)正輸入為零伏時，該結(jié)稱為“虛擬接地”。因此，由于這個虛擬接地，運算放大器的輸入電阻等于輸入電阻值 (Rin)。

在這里，反相運算放大器的閉環(huán)增益可以通過兩個外部電阻的比率來固定。一旦通過“Ri”電阻將輸入信號施加到運算放大器的反相端子，非反相端子就會接地。此外，提供反饋以穩(wěn)定電路。現(xiàn)在可以通過反饋電阻“Rf”控制輸出。

在上述電路電路中，提供的電壓增益為：Av = Vo / Vi

其中：Vi-V1 = IiRi，V1-V0 = IfRf

但是，完美的運算放大器包括無限的輸入阻抗，因為沒有電流流入其輸入端子。I1=I2=0。因此，Ii 等價于If，所以有：

Vi-V1 = IfRi

V1-V0 = IfRf

眾所周知，在一個完美的運算放大器中，運算放大器的兩個輸入端的電壓總是相等的。因為同相端接地，所以出現(xiàn)在同相端的電壓為V1 = V2= 0。所以，等式可以變換為：

Vi-0 = IfRi

0-Vo = IfRf

從上面的方程，可以得到：

-Vo / Vi = IfRf / IfRi

Vo / Vi = - (IfRf / IfRi)

Vo/Vi = – (Rf/Ri)

這樣，可以改變這個方程得到Vout是：

Vout/Vi = – (Rf/Ri)

Vout = – (Rf/Ri) x Vin

反相運算放大器的電壓增益為：

反相運算放大器增益(Av) = – (Rf/Ri)

這指定了反相放大器的電壓增益可以通過“Rf”到“Ri”的分?jǐn)?shù)來決定，包括表示反相相位的負(fù)號。此外，反相放大器的輸入阻抗為“Ri”。

與直流放大器一樣，這些放大器提供出色的線性特性，使其成為理想之選。此外，它們經(jīng)常用于i/p電流更改為跨阻形式的o/p電壓，否則為跨阻放大器形式。

輸出電壓 (Vout) 方程表明，對于放大器的固定增益，例如Vout =Vin x Gain，運算放大器電路是線性的。因此，此屬性對于將較小的傳感器信號更改為更好的電壓非常有幫助。

反相運算放大器的電壓特性

反相放大器的電壓特性如下圖所示，可以注意到，一旦輸入信號如Vin為正，則輸出電壓如Vout為負(fù)。此外，一旦施加輸入電壓，輸出電壓將線性變化。

一旦輸入信號的幅度超過運算放大器的兩個應(yīng)用電源，此特性將飽和，否則輸出將變得恒定，即：+VCC = + VSAT & –VCC = -VSAT

反相運算放大器波形

反相運算放大器的輸入和輸出波形如下圖所示，假設(shè)放大器的增益和正弦波是輸入信號，可以繪制以下波形。從以下波形中可以清楚地看出，輸出的幅度是輸入的兩倍，例如Vout = Av * Vin 并且相位與輸入相反。

為什么反相運算放大器優(yōu)于同相運算放大器?

在反相運算放大器中，失調(diào)電壓包含在輸出中，因此它小于幾毫伏，而在同相運算放大器中，失調(diào)電壓可以通過同相增益來改變，并且該電壓再次為包含在輸出電壓中。

與非反相放大器相比，反相放大器為系統(tǒng)提供了額外的穩(wěn)定性。在反相放大器中，使用了穩(wěn)定系統(tǒng)始終需要的負(fù)反饋。

反相放大器的優(yōu)勢

反相放大器的優(yōu)點包括以下幾點內(nèi)容：

比較便宜。

尺寸很小。

多功能性。

比較可靠。

靈活。

該運算放大器的兩個輸入端始終為零。此外，簡單地存在差模信號。

帶反相放大器的裝置抗干擾能力強(qiáng)。

使用負(fù)反饋。

增益系數(shù)非常高。

該運算放大器的輸出將與輸入信號異相。

反相放大器的缺點

反相放大器的缺點主要包括以下幾點內(nèi)容：

具有小輸入阻抗(等于r1)。

具有高增益，但必須保持反饋失真較小。

輸入信號不應(yīng)包含噪聲，因為較小的值將在輸出處相乘并獲得。

信號反轉(zhuǎn)。

反相運算放大器應(yīng)用

反相放大器的應(yīng)用主要包括以下幾點內(nèi)容：

可用作跨阻放大器，也稱為跨阻放大器。該放大器用作電流電壓轉(zhuǎn)換器，用于功率較低的應(yīng)用中。

當(dāng)任何系統(tǒng)設(shè)計有不同類型的傳感器時，在輸出級使用反相放大器。

該運算放大器保持兩個端子的電壓相等，因此可用于許多領(lǐng)域。

反向運算放大器用于存在射頻信號的混頻器概念中。

可以用作移相器。

用于需要信號平衡的地方。

用于集成應(yīng)用程序。

基于運放的反相電路更穩(wěn)定;失真相當(dāng)?shù)?，并提供出色的瞬態(tài)響應(yīng)。

用于每個使用線性IC的電子設(shè)備

用于模擬濾波和信號處理。

用于各種領(lǐng)域，如通信、過程控制、顯示器、計算機(jī)、測量系統(tǒng)、電源和信號源。

適用于線性運算放大器應(yīng)用。

總結(jié)

反相放大器主要用于不使用高i/p阻抗的高頻應(yīng)用，因為與非反相型配置相比，反相運算放大器的壓擺率較高。

需要注意的是，運算放大器是用作模擬電子電路中的基本元件。因此被用于濾波、信號調(diào)理和執(zhí)行不同的算術(shù)運算。在運算放大器的兩個端子之間使用了不同的電子元件，用于放大所施加信號的電壓電平。