【電源技術(shù)】同相運(yùn)算放大器電路設(shè)計(jì)-KIA MOS管

同相運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)是運(yùn)算放大器電路的第二種基本配置。在這種配置中，輸入電壓信號(hào)（  V IN  ）直接施加到同相（  +  ）輸入端子，這意味著與“反相放大器”電路相比，放大器的輸出增益的值變?yōu)椤罢薄Ｆ浣Y(jié)果是輸出信號(hào)與輸入信號(hào)“同相”。

通過(guò)將一小部分輸出電壓信號(hào) 通過(guò)R?-R2分壓器網(wǎng)絡(luò)加回到反相（-）輸入端子，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同相運(yùn)算放大器的反饋控制 。

如圖所示，這種閉環(huán)配置可產(chǎn)生具有非常好的穩(wěn)定性，非常高的輸入阻抗Rin接近無(wú)窮大的同相放大器電路，因?yàn)闆](méi)有電流流入正輸入端子（理想條件），并且輸出阻抗Rout很低，如圖所示下面。

同相運(yùn)算放大器配置

在之前的反相放大器教程中，我們說(shuō)過(guò)，對(duì)于理想的運(yùn)算放大器，“沒(méi)有電流流入放大器的輸入端子”，而“ V1始終等于v2”。這是因?yàn)檩斎牒头答佇盘?hào)（  V1  ）的結(jié)點(diǎn)處于相同電位。

換句話說(shuō)，連接點(diǎn)是“虛擬地球”的總和。由于該虛擬接地節(jié)點(diǎn)，電阻R?和R2在非反相放大器上形成一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器網(wǎng)絡(luò)，電路的電壓增益由R2和R?之比確定，如下所示。

等效電位分壓器網(wǎng)絡(luò)

然后，使用該公式計(jì)算分壓器網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓，我們可以計(jì)算出同相放大器的閉環(huán)電壓增益（  A V  ），如下所示：

從上面的等式我們可以看到，同相放大器的總閉環(huán)增益將始終大于但不小于一個(gè)（單位），本質(zhì)上是正的，并且由R?的值之比確定和R2。

如果反饋電阻R?的值為零，則放大器的增益將完全等于1（單位）。如果電阻R2為零，則增益將接近無(wú)窮大，但實(shí)際上，它將限于運(yùn)算放大器的開環(huán)差分增益（  A O  ）。

通過(guò)簡(jiǎn)單地改變?nèi)鐖D所示的輸入連接，我們可以輕松地將反相運(yùn)算放大器配置轉(zhuǎn)換為同相放大器配置。

電壓跟隨器（單位增益緩沖器）

如果我們使反饋電阻R?等于零（R?= 0），并且使電阻R2等于無(wú)窮大（R2 =  ∞），那么得到的電路將具有固定的增益“ 1”（單位），因?yàn)檩敵鲭妷罕环答伒椒聪噍斎攵俗樱ㄘ?fù)反饋）。這種配置將產(chǎn)生一種特殊類型的同相放大器電路，稱為電壓跟隨器，也稱為“單位增益緩沖器”。

由于輸入信號(hào)直接連接到放大器的同相輸入，因此輸出信號(hào)不反相，導(dǎo)致輸出電壓等于輸入電壓，因此Vout = Vin。然后，由于其輸入到輸出的隔離特性，電壓跟隨器電路成為理想的恒壓源或穩(wěn)壓器。

單位增益電壓跟隨器配置的優(yōu)勢(shì)在于，當(dāng)阻抗匹配或電路隔離比電壓或電流放大更為重要時(shí)，可以使用它，因?yàn)樗梢詫⑤斎胄盘?hào)電壓保持在其輸出端。

同樣，電壓跟隨器電路的輸入阻抗非常高，通常大于1MΩ，因?yàn)樗扔谶\(yùn)算放大器的輸入電阻乘以其增益（  Rin x A O  ）。運(yùn)算放大器的輸出阻抗非常低，因?yàn)樗俣ɡ硐氲倪\(yùn)算放大器條件，因此不受負(fù)載變化的影響。

同相電壓跟隨器

在這種同相電路配置中，輸入阻抗Rin已增大到無(wú)窮大，反饋?zhàn)杩筊?減小到了零。輸出直接連接回負(fù)反相輸入，因此反饋為100％，Vin恰好等于Vout，從而使其固定增益為1或1。當(dāng)將輸入電壓Vin施加到同相輸入時(shí)，放大器的電壓增益為：

由于沒(méi)有電流流入同相輸入端子，因此輸入阻抗是無(wú)限的（理想條件），因此零電流將流過(guò)反饋環(huán)路。因此，任何電阻值都可以放置在反饋回路中，而不會(huì)影響電路的特性，因?yàn)闆](méi)有電流流過(guò)該回路，因此其兩端的電壓降為零，從而導(dǎo)致功率損耗為零。

由于輸入阻抗非常高，單位增益緩沖器（電壓跟隨器）可用于提供較大的功率增益，因?yàn)轭~外的功率來(lái)自運(yùn)放的供電軌，并通過(guò)運(yùn)放輸出到負(fù)載而不是直接輸出到負(fù)載。從輸入。

但是，在大多數(shù)實(shí)際的單位增益緩沖電路中，都存在泄漏電流和寄生電容，因此在反饋環(huán)路中需要一個(gè)低阻值（通常為1kΩ）的電阻，以幫助減少這些泄漏電流的影響，從而提供穩(wěn)定性，尤其是在運(yùn)算放大器為當(dāng)前的反饋類型。

電壓跟隨器或單位增益緩沖器是一種特殊且非常有用的同相放大器電路，通常用于電子設(shè)備中以將電路彼此隔離，特別是在高階狀態(tài)變量或Sallen-Key型有源濾波器中將一個(gè)濾波器分開從另一個(gè)階段。可用的典型數(shù)字緩沖器IC是74LS125四通道三態(tài)緩沖器或更常見的74LS244八進(jìn)制緩沖器。

最后一個(gè)想法，電壓跟隨器電路的閉環(huán)電壓增益為“ 1”或Unity。沒(méi)有反饋的運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓增益為Infinite。然后，通過(guò)仔細(xì)選擇反饋分量，我們可以控制同相運(yùn)算放大器產(chǎn)生的增益量，范圍從1到無(wú)窮大。

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