运放电路应用实例分析方法介绍
ARM与嵌入式 2024-05-22

同相放大器

运放的同相放大器形式,它的输出信号与输入信号的相位相同,即:同一时刻的极性是相同的。

同相放大器的电路形式,如下图所示:

  

  运放的同相放大器形式

同相放大器的增益,由RfRs决定,并且总是大于1。

增益K计算公式如下:

K=1+Rf/Rs

同相放大器,施加的反馈方式是电压串联负反馈,这种负反馈具有增大输入电阻、降低输出电阻的作用。

然而,反馈深度又决定了输入电阻、输出电阻的改变程度。

当Rs的阻值接近无穷大时,同相放大器的增益无限接近1,此时的效果等效为电压跟随器,此时把Rf减小到0,性能基本不变,此时,电压跟随器的电路形式如下图所示:

  

运放的电压跟随器形式

电压跟随器,通常用在高阻抗电路与低阻抗负载之间的匹配,起到缓冲/隔离的作用。

由于电压跟随器,有很深的负反馈,获得的缓冲/隔离作用远胜于单个分立元件组成的电压跟随器。

反相放大器

运放的反相放大器形式,它的输出信号与输入信号的相位相反,即:同一时刻的极性是相反的。

反相放大器的电路形式,如下图所示:

  

运放的反相放大器形式

反相放大器的增益,由Rf和Rs决定,增益可以小于1、等于1、大于1。

增益K计算公式如下:

K=-Rf/Rs

式中的‘负号’表示输出极性与输入极性相反。

反相放大器,施加的反馈方式是电压并联负反馈,这种负反馈,能减小输入和输出电阻的作用。

然而,反馈深度又决定了输入电阻、输出电阻的改变程度。

由于负反馈的作用,运放的反相输入端成为交流电位与地相等的虚地。

利用这个虚地,反相放大器可以成为多个输入信号叠加的加法器。

运放的加法器形式,如下图所示:

  

运放的加法器形式

加法器的输出信号Ao≈-Rf·(1/R1·V1+1/R2·V2+。。.+1/Rn·Vn)

可见,输出信号是各个输入信号按比例叠加的结果,电阻R1至Rn可以分别控制各个输入信号的混合比例。

加法器在多路信号的混合上有着很多的应用。

反相放大器,在单管放大电路上也有一样的用法,如下图所示:

  

单管与运放组成的反相放大器对比

积分器

如果把反相放大器的电阻Rf用电容Cf替换,此时就变成了一个积分器。

如下图所示:

  

积分器

积分器,实质上等效于一个低通滤波器,滤波器的截止频率fo的计算公式如下:

fo=1/2π·Cf·Rs

当输入频率等于fo时,积分器的增益等于1。

当输入频率低于fo时,积分器的增益以6dB/oct的斜率,随着输入频率的降低而升高,直到达到运放的开环增益为止。

积分器常用于取出信号中的直流分量。

如果使用单纯RC型低通滤波器,来获得同样的效果,电容取值要比积分器的Cf大得多,需要的容量大概是开环增益值乘以Cf这个数值,这几乎不能实现,或者是造价太高了。

因此积分器,被大量用在伺服系统中,有些音频放大器,就是利用运放的积分器,组成DC伺服电路,以便让放大器的直流偏移电压控制在最小值。


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