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非反相运算放大器|电路,增益,示例

在电子技术中,放大器是一种接收输入信号并产生不失真的放大信号作为输出的电路。在本教程中,我们将学习运算放大器的一个重要配置称为非逆变放大器。在非反相运算放大器中,输入端馈电到非反相端,输出端与输入端相位一致。

简介

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,它可以用于多种方式。典型运放的两个重要电路是:

  • 反相放大器
  • 非反相放大器

非反相放大器是一种运算放大器电路结构,它产生放大的输出信号,并且该非反相运算放大器的输出信号与应用的输入信号相一致。

换句话说,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反馈到输入端,而是只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。

理想的非逆变放大电路

理想的非反相放大器电路图如下图所示。

Ideal-Non-Inverting-Amplifier-Circuit

从电路中可以看出,R2(右f在上图中)和R1(右1在上面的图片)作为一个潜在的分压器的输出电压和电压横跨电阻R1作用于反相输入。

当非反相输入接地时,即V= 0,反相输入端的电压也必须在地平面上;如果没有,任何输入端子之间的电压差将被放大,使反相输入端子回到地面水平(运放的输入将始终处于相同的电压)。

由于反相输入端在地平面,电阻R的接点1和R2也必须在地面上。这意味着R上的电压降1将是零。因此,流过R的电流1和R2必须是零。因此,整个R的电压降为零2,因此输出电压等于输入电压,即0V。

当正向输入信号作用于非反相输入端时,输出电压将移位,使反相输入端与施加的输入电压相等。因此,在电阻R上会产生一个反馈电压1

虚拟现实1= V= VR1/ (R1+ R2

非逆变运算放大器的电压增益

由上式可知,V以V表示,非反相放大器A的闭环电压增益CL可以计算为:

一个CL= V/ V

= (R1+ R2) / R1

一个CL= 1 + (r2/ R1

或者一个CL= 1 + (rf/ R1

上述增益方程为正,表明输出将与应用的输入信号同步。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,以保持两个输入端输入电流相同。

虚拟短

在非反相放大器中,两个输入端之间存在虚短路。虚短路是电压的短路,而电流的开路。虚短函数使用理想运算放大器的两个特性:

  • 自R为无穷大时,两端的输入电流为零。
  • 由于开环增益AOL为无穷大时,电压差(V1- - - - - - V2)总是零。

虽然虚空是一个理想的近似,但当使用严重的负反馈时,它会给出准确的值。只要运算放大器工作在线性区域(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。如果非反相输入电压增加或减少,反相输入电压立即增加或减少到相同的值。这个动作通常被称为“引导”。

非反相放大器的输入阻抗

操作系统的输入阻抗放大器电路给出:

Z= (1 + aOLβ)Z

在那里,一个OL运放的开环增益是多少

Zi是无反馈运放的输入阻抗

β为反馈因子

对于非反相放大器,反馈系数为:

β= R2/ (R1+ R2

β = 1 / aCL

因此,对于非反相放大器电路,输入阻抗为:

Z= {1 + (aOL/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:

ZZ =0/ (1 +OLβ)

由于,β = 1 / ACL对于非反相放大器,阻抗为:

ZZ =0/ {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应用之一,其输出电压与施加到电路上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到反相输入端,输入电压施加在非反相输入端。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。

Voltage-Follower-Circuit

可以看出,上述配置与非逆变放大电路相同,不同之处在于没有使用电阻。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等于零,R呢1是无限的。因此,电压跟随器的增益将等于1。因此,电压跟随器通常也被称为统一增益缓冲器。

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,即将电路的一级与另一级分开,也用于阻抗匹配应用。

实际上,电压跟随器的输出电压不会完全等于施加的输入电压,并且会有轻微的差别。这种差异是由于高的内部电压增益的运放。

注意:运算放大器的开环电压增益为无穷大,电压跟随器的闭环电压增益为统一。这意味着,通过仔细选择反馈元件,我们可以精确地控制非逆变放大器的增益。

非反相放大器的例子

对于下图所示的非逆变放大器,计算如下:

i)放大器A的增益CL

ii)输出电压VO

iii)通过负载电阻的电流l

iv)输出电流,IO

Non-Inverting-Operational-Amplifier-Example

注意:节点A在运放的非反相端,节点B在反相端(也就是分压器点)。上图中没有显示这些节点。

节点B的电位为V由于虚空,

V一个= VB= V= 0.8 V

电流I1的表达式为,

1= V一个/ R1= 0.8v / 10 kΩ

1= 80µ

由于运算放大器的输入电流为零,因此I为零1必须流过电阻Rf

i)非反相放大器的增益,

一个CL= 1 + (rf/ R1= 1 + (20 kΩ / 10 kΩ)

一个CL= 3

ii)输出电压,

VO=一个CL* V= 3 * 0.8v

VO= 2.4 V

iii)通过负载电阻的电流,

l= VO/ Rl= 2.4 / (2 * 103.Ω)

l马= 1.2

iv)输出电流:

基尔霍夫电流定律(KCL)O=我1+我l

O= 80 μ A + 1.2 mA

O马= 1.28

非反相放大器的总结

  • 非反相放大器使用分压偏置负反馈连接。
  • 电压增益总是大于1。
  • 电压增益为正,表明对于交流输入,输出与输入信号相同时,对于直流输入,输出极性与输入极性相同。
  • 非反相运放的电压增益只与电阻器值有关,与运放的开环增益无关。
  • 通过选择合适的电阻器值可以获得所需的电压增益。

结论

一个简单的非反相运算放大器教程。您学习了理想的非反相放大器的电路,电压增益,输入和输出阻抗,电压跟随器的应用,以及一个具有所有重要计算的示例电路。

6的反应

  1. 给我的学生展示一个数字的例子确实是一个好主意,他们将看到这个网站,并尝试自己的问题。

  2. 我认为非逆变运放的增益是A=1+R2/R1,因为Vin实际上是Vin=I*R1而不是I*R2。

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