大家好，我是李工，創(chuàng)作不易，希望大家多多支持我。今天給大家分享的是反相運(yùn)算放大器。

主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分享：

什么是反相運(yùn)算放大器？

反相運(yùn)算放大器原理

反相運(yùn)算放大器計(jì)算公式

反相運(yùn)算放大器電壓特性

反相運(yùn)算放大器波形圖

反相運(yùn)算放大器計(jì)算案例

反相運(yùn)算放大器怎么用？

什么是反相運(yùn)算放大器？

反相運(yùn)算放大器是使用負(fù)反饋連接的基本運(yùn)算放大器電路配置，通俗易懂點(diǎn)來說也就是，放大器將輸入信號(hào)反轉(zhuǎn)并改變它。

反相運(yùn)算放大器是一種運(yùn)算放大器電路，用于產(chǎn)生與其輸入相比反向180°的輸出，意味著，如果輸出信號(hào)為正（+），則輸出信號(hào)將為負(fù)（-）。反相運(yùn)算放大器是通過帶有兩個(gè)電阻的運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的。

下圖顯示了理想反相放大器的電路圖。輸入通過電阻 R1 提供給反相輸入端，非反相端接地。輸出通過反饋電阻 Rf 反饋到反相輸入端。

反相運(yùn)算放大器電路

反向運(yùn)算放大器原理

下圖顯示了使用一個(gè)運(yùn)算放大器和兩個(gè)電阻構(gòu)建的反相運(yùn)算放大器。在這里，Ri 將輸入信號(hào)施加到運(yùn)算放大器的反相端，同相端接地。此外，反饋電阻 Rf 提供穩(wěn)定電路所需的反饋，從而控制輸出。

反相運(yùn)算放大器

關(guān)于反相運(yùn)算放大器或任何運(yùn)算放大器，有兩個(gè)非常重要的規(guī)則是需要記住的：

沒有電流流入輸入端子

差分輸入電壓為零，V1 = V2 = 0（虛擬接地）

通過使用這兩個(gè)規(guī)則，我們可以使用第一原理推導(dǎo)出計(jì)算反相運(yùn)算放大器閉環(huán)增益的方程。如下圖所示，電流 ( i ) 流過電阻網(wǎng)絡(luò)。

反相運(yùn)算放大器

反相運(yùn)算放大器計(jì)算公式圖

然后，反相運(yùn)算放大器的閉環(huán)電壓增益為：

反相運(yùn)算放大器閉環(huán)電壓增益公式

轉(zhuǎn)換一下，Vout為 ：

反相運(yùn)算放大器輸出電壓公式

反相運(yùn)算放大器計(jì)算公式

具體的過程，在上面已經(jīng)推導(dǎo)出來了。

反相運(yùn)算放大器工作原理詳解

反相放大器電路采用負(fù)反饋并產(chǎn)生相對(duì)于輸入的反相輸出。因此，反相放大器的增益表示為負(fù)值。

反相放大器的電壓增益與運(yùn)放開環(huán)增益無關(guān)，非常大。

反相放大器的電壓增益取決于所使用的電阻值，因此可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇R1和RF的值來準(zhǔn)確控制增益。

如果 Rf > R1，增益將大于 1。

如果 Rf < R1，增益將小于 1。

如果 Rf = R1，增益將為單位。

因此，輸出電壓的大小可以大于、小于或等于輸入電壓，并且相位相差 180°。

反相運(yùn)算放大器工作原理-電壓特性

反相運(yùn)算放大器的電壓特性如下圖所示?？梢宰⒁獾?，一旦輸入信號(hào) Vin 為正，則輸出電壓如 Vout 為負(fù)。此外，一旦施加輸入電壓，輸出電壓將線性變化。

反相運(yùn)算放大器電壓特性圖

當(dāng)輸入信號(hào)幅度超過應(yīng)用于運(yùn)算放大器的正負(fù)電源時(shí)，特性曲線會(huì)飽和，或者換句話說，輸出變?yōu)槌?shù)。

即 ：+V CC = + V SAT和 -V CC = -V SAT

反相運(yùn)算放大器工作原理-波形圖

反相運(yùn)算放大器的輸入和輸出波形如下所示。假設(shè)放大器的增益和正弦波是輸入信號(hào)，可以繪制以下波形。從以下波形中可以清楚地看出，輸出的幅度是輸入的兩倍，例如 Vout = Av * Vin 并且相位與輸入相反。

反相運(yùn)算放大器波形

反相運(yùn)算放大器計(jì)算公式案例

案例一：設(shè)計(jì)一個(gè)增益為 -10 且輸入電阻等于 10kΩ 的反相放大器。

對(duì)于反相放大器，Av= – R f /R 1

因此，Rf = -Av x R1= – (-10) x 10 kΩ

Rf = 100 kΩ

案例二：在下圖所示的電路中，R1 = 10 kΩ，Rf = 100 kΩ，Vin = 1V。25 kΩ 的負(fù)載連接到輸出端。計(jì)算電流 i1，輸出電壓 Vout ，負(fù)載電流 iL 。

反相運(yùn)算放大器電路圖

(i) 輸入電流 i1

i1 = Vin / R1= 1 V / 10KΩ

i1 = 0.1 mA

(ii) 輸出電壓 Vout

V out = – (R f / R 1 ) * V in

= – (100kΩ/10kΩ) x 1 V

V out = – 10 V

(iii) 負(fù)載電流 iL：

i L = V out / R L

= 10 V / 25KΩ

i L = 0.4 mA

案例三：在下圖中，顯示了運(yùn)算放大器配置，其中兩個(gè)反饋電阻在運(yùn)算放大器中提供必要的反饋。電阻R2是輸入電阻，R1是反饋電阻。輸入電阻R2的電阻值為1KΩ ，反饋電阻R1的電阻值為10KΩ。將計(jì)算運(yùn)算放大器的反相增益。負(fù)端提供反饋，正端接地。

反相運(yùn)算放大器電路圖

運(yùn)算放大器電路的反相增益公式 ：增益(Av) = (Vout / Vin) = -(Rf / Rin)

在上述電路中，Rf = R1 = 10k 和 Rin = R2 = 1k

所以，增益(Av) = (Vout / Vin) = -(Rf / Rin)增益(Av) = (Vout / Vin) = -(10k / 1k)

所以增益將是 -10 倍，輸出將是 180 °異相。

現(xiàn)在，如果我們將運(yùn)算放大器的增益增加到 -20 倍，如果輸入電阻相同，反饋電阻的值將是多少？所以，

增益(Av)= -20 且 Rin = R2 = 1k。-20 = -(R1 / 1k) R1 = 20k

因此，如果我們將 10k 值增加到 20k，則運(yùn)算放大器的增益將為 -20 倍。

我們可以通過改變電阻的比例來增加運(yùn)算放大器的增益，但是，不建議使用較低的電阻作為 Rin 或 R2。由于較低的電阻值會(huì)降低輸入阻抗并對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生負(fù)載。在典型情況下，輸入電阻使用 4.7k 到 10k 的值。

當(dāng)需要高增益并且我們應(yīng)該確保輸入中的高阻抗時(shí)，我們必須增加反饋電阻的值。但也不建議在 Rf 上使用非常高值的電阻。較高的反饋電阻會(huì)提供不穩(wěn)定的增益裕度，并且對(duì)于有限帶寬相關(guān)操作來說不是可行的選擇。典型值 100k 或略高于反饋電阻器中使用的值。

我們還需要檢查運(yùn)算放大器電路的帶寬，以便在高增益下可靠運(yùn)行。

反相運(yùn)算放大器怎么用？

反相運(yùn)算放大器可用于各種地方，例如運(yùn)算放大器求和放大器。

一、加法放大器或運(yùn)算放大器加法器電路

在下圖中，顯示了一個(gè)求和放大器，其中一個(gè)反相運(yùn)算放大器在其反相端子上混合了幾個(gè)不同的信號(hào)。反相放大器輸入實(shí)際上處于地電位，這在混音相關(guān)工作中提供了出色的混音器相關(guān)應(yīng)用。

如下圖所示，不同的信號(hào)使用不同的輸入電阻在負(fù)極端子上加在一起?？梢蕴砑拥牟煌盘?hào)輸入的數(shù)量沒有限制。每個(gè)不同信號(hào)端口的增益由反饋電阻 R2 與特定通道的輸入電阻的比值決定。

運(yùn)算放大器加法器電路

二、跨阻放大器電路

運(yùn)算放大器反相放大器的另一種用途是將放大器用作跨阻抗放大器。

在這樣的電路中，運(yùn)算放大器將非常低的輸入電流轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出電壓。因此，跨阻抗放大器將電流轉(zhuǎn)換為電壓。

它可以轉(zhuǎn)換來自光電二極管、加速度計(jì)或其他產(chǎn)生低電流的傳感器的電流，并使用跨阻抗放大器將電流轉(zhuǎn)換為電壓。

跨阻放大器電路

在上圖中，反相運(yùn)算放大器用于制造跨阻抗放大器，它將光電二極管產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換為電壓。該放大器在光電二極管上提供低阻抗，并與運(yùn)算放大器輸出電壓隔離。

在上述電路中，僅使用了一個(gè)反饋電阻。R1 是高值反饋電阻。我們可以通過改變這個(gè) R1 電阻的值來改變?cè)鲆?。運(yùn)算放大器的高增益使用穩(wěn)定條件，其中光電二極管電流等于通過電阻器 R1 的反饋電流。

由于我們沒有在光電二極管上提供任何外部偏置，因此光電二極管的輸入失調(diào)電壓非常低，從而在沒有任何輸出失調(diào)電壓的情況下產(chǎn)生很大的電壓增益。光電二極管的電流將轉(zhuǎn)換為高輸出電壓。

三、反相運(yùn)算放大器的其他應(yīng)用

移相器

積分器

在信號(hào)平衡相關(guān)工作中

線性射頻混頻器

各種傳感器使用反相運(yùn)算放大器作為輸出

當(dāng)任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)有不同類型的傳感器時(shí)，在輸出級(jí)使用反相放大器

用于需要信號(hào)平衡的地方。

放大器用于每個(gè)使用線性 IC 的電子設(shè)備

用于模擬濾波和信號(hào)處理

用于各種領(lǐng)域，如通信、過程控制、顯示器、計(jì)算機(jī)、測(cè)量系統(tǒng)、電源和信號(hào)源

適用于線性運(yùn)算放大器應(yīng)用