筆者電子信息專業(yè)碩士畢業(yè)，獲得過多次電子設(shè)計大賽、大學(xué)生智能車、數(shù)學(xué)建模國獎，現(xiàn)就職于南京某半導(dǎo)體芯片公司，從事硬件研發(fā)，電路設(shè)計研究。對于學(xué)電子的小伙伴，深知入門的不易，特開次博客交流分享經(jīng)驗，共同互勉！全套資料領(lǐng)取掃描文末二維碼！

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目錄

2.2.1 反相放大器

1.基本反相放大器

2.反相比例放大器?

3.反相放大器的性能擴(kuò)展?

1）高輸入電阻反相放大器

2）反相高壓放大器

4.反相放大器的誤差分析?

1）反相放大器的靜態(tài)誤差

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2.2.1 反相放大器

1.基本反相放大器

基本反相放大器電路如圖2.2.1所示，這里將輸入回路和輸出回路看成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的組成決定了電路的功能。

?圖2.2.1 基本反相放大器

① Zf、ZF、Zp均為阻抗，則電路為反相比例運算放大器。

② Zf為電阻，ZF為電容，則電路為積分器。

③ Zf為電容，ZF為電阻，則電路為微分器。

④ 若用復(fù)雜組容網(wǎng)絡(luò)代替輸入回路元件或輸出回路元件，則電路為有源濾波器和有源校正電路。

反相放大器的共同特點如下。

① 各類反相放大器的閉環(huán)增益AF和輸入阻抗Zid的數(shù)學(xué)表達(dá)式具有相同的形式。在理想狀態(tài)下閉環(huán)增益和輸入阻抗為

② 輸入回路電流If將全部流經(jīng)反饋回路，故有?

③ 反相端和同相端電壓相等，且總等于零?

這就是反相放大器所特有的“虛地”現(xiàn)象。

2.反相比例放大器?

基本反相放大器中輸入回路元件Zf和反饋回路元件ZF均為純電阻時，即成為反相比例放大器，其電路原理圖及理想等效電路圖如圖2.2.2所示。

?圖2.2.2 反相比例放大器

此即反相比例放大器的理想閉環(huán)增益。而輸入電阻為?

以上分析是從理想角度的定性分析，在工程設(shè)計上這種近似是十分實用的，可以快速設(shè)計出電路。但需進(jìn)行誤差分析時，應(yīng)考慮各種非理想因素，這時要應(yīng)用運算放大器的實際等效模型分析電路。

3.反相放大器的性能擴(kuò)展?

1）高輸入電阻反相放大器

反相放大器的輸入電阻在理想的狀態(tài)下等于輸入回路的電阻，由于受到電阻制造工藝的制約，大于20M?的電阻難以制造，且高阻值電阻會導(dǎo)致電路性能的嚴(yán)重惡化。因此，一味通過提高輸入回路的電阻阻值來達(dá)到提高電路輸入電阻的目的是不可行的。

工程上通常采用電流自舉技術(shù)提高反相放大器的輸入電阻。基本思想：在設(shè)計電路時，設(shè)法使反相放大器輸入回路的電流由電路自身提供，則電路向信號源索取的電流將大大減小，這就相當(dāng)于減小了整個電路的輸入電流，從而提高了電路的輸入電阻。圖2.2.3所示給出了采用電流自舉技術(shù)設(shè)計的具有高輸入電阻的反相放大器的電路原理圖。

電路采用了兩個集成運算放大器，其中A1為主放大器，進(jìn)行正常的反相比例運算，A2為自舉放大器，作用是向輸入回路提供自舉電流。根據(jù)理想運算放大器的模型有

?圖2.2.3 電流自舉反相放大器

顯然當(dāng)R=R1時Rin→∞。實際上R與R1總有一定的偏差。為防止電路振蕩，還要求R＞R1確保Rin為正值，因此Rin為有限值，但阻值可達(dá)到相當(dāng)高的數(shù)值。若R1=10k?，R=10.01k?，則Rin=10M?，這是普通反相比例放大器無法達(dá)到的高輸入電阻。

2）反相高壓放大器

普通運算放大器的最大供電電壓范圍為±18V，運放的額定輸出電壓為±15V，這限制了由普通運放構(gòu)成的反相放大器在高壓領(lǐng)域中的應(yīng)用，如果要求反相放大器的輸出電壓范圍大于±15V，前述電路便無法勝任。欲解決此問題最容易想到的方法是采用高壓集成運算放大器代替普通運放。這種方法在電路輸出電壓要求小于40V時較為可行。然而當(dāng)電路輸出電壓要求超過40V特別是超過100V時，這種方法便受到制約。這里介紹采用普通集成運算放大器通過擴(kuò)展設(shè)計的高壓反相放大器，電路如圖2.2.4所示。

圖2.2.4 應(yīng)用普通運放設(shè)計的高壓反相放大器

電路的設(shè)計思想是在保證運放正負(fù)電源差為30V的前提下，使運放的電源電壓跟隨電路的輸出電壓浮動。運放的正電源電壓為?

運放的正電源電壓為

運放的負(fù)電源電壓為?靜態(tài)時Vo=0V，運放的正負(fù)電源電壓為±15V；動態(tài)時運放的正負(fù)電源電壓隨輸出電壓的浮動而浮動，但兩者的差值始終為30V。在這樣的設(shè)計下，電路就能輸出高壓，且電路的運算方式與基本的反相放大器完全相同，可以視同基本反相放大器進(jìn)行分析設(shè)計。

4.反相放大器的誤差分析?

工程上分析運放電路時必須考慮由運放的非理想性引入的運算誤差，這時電路的輸出電壓不再單純決定于輸入電壓和外接電路元件參數(shù)，而與運放本身的參數(shù)有關(guān)；高頻應(yīng)用時還與電路的寄生參數(shù)有關(guān)。運放本身的各種參數(shù)對運算精度的影響大小與電路的工作條件及要求有關(guān)。

① 對于直流或緩變低頻信號的運算電路，失調(diào)及漂移、等效輸入噪聲電壓、共模抑制比、輸出電阻、電源抑制比和輸入電阻等參數(shù)是需要重點考慮的指標(biāo)。

② 對于寬帶交流信號運算電路，上升速率、建立時間、增益帶寬積、輸入電容是需要重點考慮的指標(biāo)。

因此，在分析電路誤差和設(shè)計運算電路時，要根據(jù)實際情況及要求有所側(cè)重。

1）反相放大器的靜態(tài)誤差

（1）失調(diào)及漂移引入的誤差

等效電路如圖2.2.5所示。該項誤差由輸入失調(diào)電壓Vos、平均偏置電流Ib、輸入失調(diào)電流Ios及它們的漂移引入。將失調(diào)及漂移的總和記為Vos'和Ios'，有

?圖2.2.5 失調(diào)及漂移的誤差分析

對反相相加點應(yīng)用KCL得?

?

整理得

根據(jù)定義有?

解之得?

將式（2.2.18）代入式（2.2.16）得?

?

此時式（2.2.19）變?yōu)?

式（2.2.20）說明，若取補償電阻Rp =Rf //RF，則可消除由平均偏置電流及其漂移[插圖]的誤差影響，這也就說明為何反相放大器要在同相輸入端設(shè)置補償電阻的原因。在式（2.2.20）中，第一項為理想狀態(tài)下的輸出，而第二、三兩項則是輸出誤差電壓，故?

折算到輸入端

考慮最壞的情況將失調(diào)與漂移分別考慮有?其中ΔVos、ΔIos分別是溫度、時間、正負(fù)電源的函數(shù)：

?

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的2.2 反相放大器、高输入电阻反相放大器、反相高压放大器的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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