反转运算放大器

介绍

操作放大器可以配置为作为各种功能电路,例如放大器,振荡器,电压调节器,滤波器,整流器等。这些电路配置中的大多数都要求OP-AMP输出连接到其输入。

从输出到输入的此连接称为“反馈”。由于OP-AMP具有两个输入端,正负,OP-AMP中的反馈连接可以是正反馈或负反馈。如果输出连接到OP-AMP的非反相端子,则据说反馈是正的,如果输出连接到反相输入,则表示反馈是负的。通过外部电阻将输出反馈到OP-AMP的输入,称为反馈电阻(RF)。反馈连接提供了一种准确控制OP-AMP增益的方法,具体取决于应用程序。

反相放大器是使用OP-AMPS的重要电路配置,它使用负反馈连接。反相放大器,如名称所示,将输入信号反转为放大器。反相放大器输入的正面信号将导致输出处的负发信号,反之亦然。输入的AC正弦信号将产生180个O.在输出处的相位正弦信号中。

上图显示了理想的反相放大器的电路图。通过电阻器R1向反相输入端子提供输入,并且非反相端子连接到地。通过反馈电阻器r馈回反相输入的输出F

当在反相输入(晶体管Q2的基极)处施加正电压时,Q2的集电极端子处的电流增加并且跨越RC的电压降也增加。这种效果驱动输出电压低,因为不反相输入端子(Q1的基部)接地。不管施加的输入电压如何,Q2的基极将通过负反馈向下拉到地电平。因此,当应用VIN时,输出VOUT将改变为将反相输入端子处于地面的电平。因此,该电路配置中的反相输入端称为虚拟地。电阻器R1和RF的结始终由于虚拟地面始终保持在地面。忽略流入OP-AMP电路的小偏置电流,电流I流过电阻器R1和RF。输入和输出电压可以计算为,

vin = i.r1

和vout = -i.rf

闭环电压增益为ACL = VOUT / VIN = -I.RF / I.R1

反相运算放大器的电压增益

给出反相运算放大器的闭环电压增益

ACL = VOUT / VIN = - (RF / R1)

闭环增益方程的负符号表示输出相对于所应用的输入反转。

在实用的反相放大器中,非反相输入未直接连接到接地。它应由具有与R1相同的电阻器接地,以保持输入电流等于。当输入为零伏时,这会提供更好的输出电压为零(或接近0)伏的可能性。

笔记:

在反相放大器电路中,如果电阻器R1和RF都具有相等的幅度RF = R1,则反相放大器的增益将是-1,产生作为施加的输入的补充的输出,Vout = -Vin。这种类型的反相放大器配置通常称为Unity增益逆变器或简单地反相缓冲区。

反相放大器电压特性

OP-AMP的电压特性或传输曲线如上图所示。可以注意到,当输入信号VIN为正时,输出VOUT为负,反之亦然。而且,输出相对于应用的输入线性地改变。当输入信号幅度超出施加到运算放大器的正负电源之外,特征曲线饱和,或者换句话说,输出变为常数。

即+ V.CC.= + V.星期六和-v.CC.= -V.星期六

反相运算放大器示例

1.设计增益的反相放大器和等于10kΩ的输入电阻。

给定是放大器增益和输入电阻的值。

我们知道为反相放大器,aCL.= - R.F/ R.1

因此,R.F= -a.CL.x R.1

= - (-10)x10kΩ

R.F=100kΩ.

2.在下面所示的电路中,R1 =10kΩ,RF =100kΩ,VIN = 1V。25kΩ的负载连接到输出端子。计算,

  • 当前I.1
  • 输出电压V.出去
  • 负载电流I.L.

(i)输入电流I1

I1 = VIN / R1

= 1 V /10KΩ

i1 = 0.1 mA

(ii)输出电压VOUT

V.出去= - (rF/ R.1)* V.

= - (100kΩ/10kΩ)x 1 v

V.出去= - 10 V

(iii)负载电流IL:

一世L.= V.出去/ R.L.

= 10 v /25kΩ

一世L.= 0.4 mA.

跨阻抗放大器

跨阻距放大器是将输入电流转换为输出的相应电压的简单电路。它是电压转换器的电流。跨阻抗放大器可用于放大光电二极管,照片检测器,加速度计和其他类型的传感器的电流输出到可用电压值。跨阻距放大器对光电二极管提供低阻抗,并将其与OP-AMP的输出电压隔离。

最简单的跨阻抗放大器将具有反馈电阻,其值非常大。放大器的增益取决于该电阻器。根据应用,可以以各种方式配置跨阻抗放大器。所有这些不同的配置将传感器的低电平电流转换为显着的电压电平。增益,带宽和电压/电流偏移值随不同类型的传感器而变化。

直流运营

基本跨阻抗放大器的电路图如上图所示。光电二极管连接到反相输入端子。非反相输入端子连接到地。这为光电二极管提供了低阻抗负载,这使光电二极管低的电压保持低。OP-AMP的高增益使光电二极管电流通过RF保持等于反馈电流。由于光电二极管在该电路中没有外部偏压,因此由于光电二极管引起的输入偏移电压非常低。这允许大电压增益,而没有任何显着的输出偏移电压。

可以指出的是

-一世P.= V.出去/ R.F

即V.出去/ 一世P.= -R.F

上述等式是跨阻能放大器的直流和低频增益。如果增益大,则OP-AMP的非反相输入处的任何输入偏移电压将导致输出偏移电压。为了使这些效果最小化,跨阻抗放大器通常在OP-AMP输入处设计有FET,其具有非常低的输入偏移电压。

跨阻能放大器的频率响应与反馈电阻RF的增益成反比。在这些放大器中使用的传感器通常具有比OP-AMP可以处理更多的电容。OP-AMP的输入端子以及OP-AMP内部电容上的该电容在反馈路径中引入了低通滤波器。该滤波器的低通滤波器响应可以表征为反馈因子β,其衰减反馈信号。

当考虑该低通滤波器的效果时,电路的响应方程变为

V.出去= - (1p.rF)/ {1 +(1 / aol.β)}

其中,AOL是OP-AMP的开环增益。

在低频下,反馈因子β对放大器响应几乎没有影响。放大器响应将接近理想值,只要开环增益(aol.β)远远大于统一。

反相放大器摘要

  • 反相放大器电路采用负反馈并产生相对于输入的反相输出。因此,反相放大器的增益表示为负。
  • 反相放大器的电压增益与OP-AMP开环增益无关,非常大。
  • 反相放大器的电压增益取决于所使用的电阻值,因此可以通过适当地选择R1和RF的值来精确控制增益。
  • 如果RF> R1,则增益将大于1。
  • 如果RF
  • 如果RF = R1,则增益将是统一的。
  • 因此,输出电压可以大于,小于或等于输入电压,幅度为180o。

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