非反相运算放大器|电路，增益，示例

在电子学中，放大器是一种电路，它接受一个输入信号，并产生一个不失真的大版本的信号作为其输出。在本教程中，我们将学习一个被称为非反相放大器的运放的重要配置。在非反相运算放大器中，输入被馈送到非反相终端，输出与输入相一致。

介绍

运算放大器或更常见的运算放大器本质上是一种多级高增益差分放大器，可用于多种方式。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的非反相运算放大器的该输出信号同时。

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。

非逆变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

理想的无反相放大器电路图如下图所示。

从电路中可以看出，R₂(右_f在上图中)和R₁(右₁在上图中)作为输出电压和跨越电阻R的电压的一个电位分压器₁应用于反相输入。

当非倒相输入接地时，即V_在= 0时，反相输入端电压也必须在地水平;如果不是，输入端之间的任何电压差将被放大，从而将反相输入端移回地面(运放的输入端将始终处于相同的电压)。

由于反相输入端在地水平，电阻的结R₁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，R上的电压降为零₂，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，输出电压将发生位移，使反相输入端与所施加的输入电压相等。因此，电阻R上会产生一个反馈电压₁，

虚拟现实₁= V_在= V_出R₁/ (R₁+ R₂）

非逆变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）

上述增益方程为正，表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由电阻的比值R决定₁和R₂在电路中使用。

实际上，非反相放大器会在输入电压源上串联一个电阻，以保持两个输入端上的输入电流相同。

虚拟短片

在非反相放大器中，两个输入端之间存在虚短。虚短路是指电压短路，但电流开路。虚拟放大器使用了理想运算放大器的两个特性:

• 自R_在无穷大时，两端的输入电流均为零。
• 由于开环增益_ol.是无限的，差电压(V₁- V.₂)总是零。

虽然虚拟短是一个理想的近似值，但当使用大量的负反馈时，它给出了准确的值。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，两个输入端之间存在一个虚短。

由于虚短，反向输入电压跟随非反向输入电压。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“Bootstrapping”。

非逆变放大器的输入阻抗

运算部件的输入阻抗放大器电路给出:

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是没有反馈的运放的输入阻抗

β为反馈因子

对于非反相放大器，反馈因数为:

β= R.₂/ (R₁+ R₂）

β = 1 / a_CL

因此，对于非反相放大电路，输入阻抗为:

Z_在= {1 + (a_ol./一个_CL)}子

非逆变放大器的输出阻抗

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，其阻抗为:

Z_出Z =₀/ {1 +（a_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，其输出电压与加到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。

运放的输出直接接在反相输入端，输入电压加在非反相输入端。电压跟随器，就像一个非逆变放大器，具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和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电路分开，也用于阻抗匹配应用。

在实际操作中，电压跟随器的输出电压不会完全等于所施加的输入电压，而且会有轻微的差异。这种差异是由于运放内部的高电压增益。

注意:运放的开环电压增益为无穷大，电压从动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．

输出电流，I_O．

注意:节点A处于OP-AMP的非反相终端，并且节点B处于反相终端（也是分压器点）。这些节点未在上图中示出。

B点的电势是V_在因为虚拟短，

V_一个= V_B= V_在= 0.8 V

电流I1为，

我₁= V_一个/ R₁= 0.8v / 10 kΩ

我₁= 80µ

由于OP-AMP输入电流为零，因此相同的I₁必须流过电阻R_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，

根据基尔霍夫电流定律(KCL)，我_O=我₁+我_l

我_O= 80 μ A + 1.2 mA

我_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。
• 电压增益始终大于1。
• 电压增益为正，表示在交流输入时，输出与输入信号同相;在直流输入时，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器的值，与运放的开环增益无关。
• 所需的电压增益可以通过选择合适的电阻值来获得。

结论

非倒置运算放大器的简单教程。你学习了一个理想的非逆变放大器的电路，电压增益，输入和输出阻抗，电压跟随器的应用和一个示例电路与所有重要的计算。