反相比例放大電路是什么意思

一. 反相比例放大器

如圖1所示為反相比例放大器交流模型，信號經(jīng)由R1送到反相端，反相端與輸出端之間跨接Rf。 R1為輸入電阻，Rf為反饋電阻。 輸入信號和反饋信號都加到集成運放的反相輸入端(并聯(lián)反饋的特征)。

圖1 反相比例放大器交流模型

該電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Af為

式中，負號表示uo與ui反相，故稱反相放大器; 由于uo與ui成比例關(guān)系，故又稱反相比例放大器。

二. 同相比例放大器

如圖2所示為同相比例放大電路交流模型，輸入信號經(jīng)由Ri送到同相端，反相端與輸出端之間跨接Rf，反相端與地之間跨接R1。 R1取樣電阻，Rf為反饋電阻。 輸入信號和反饋信號分別加到集成運放的同相端和反相端(串聯(lián)反饋的特征)。

圖2 同相放大器交流模型

圖2 同相放大器交流模型

該電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Af

輸出電壓uo與ui同相，故稱同相放大器，又稱同相比例放大器。 若令Rf(短路)，R1=∞(開路)，則比例系數(shù)Af≈1，此時電路便成為電壓跟隨器，如圖3所示。

圖3 電壓跟隨器

三. 靜態(tài)偏置電壓設(shè)置及注意事項

前面介紹的運算電路均為交流模型，討論的重點是閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。 實際上，同晶體管組成的放大器需要合適的靜態(tài)工作點一樣，集成運放也需要合適的偏置電壓。 需要指出的是，集成運放器既可以工作于單電源，又可以工作于雙電源，故兩種情況下靜態(tài)工作點的設(shè)置也有所區(qū)別。 所以，本節(jié)內(nèi)容是根據(jù)工程實際設(shè)計集成放大電路時需要注意的一些事項。

1.同相輸入電路結(jié)構(gòu)(單電源供電)

如圖4所示為集成運算與阻容元件構(gòu)成的同相比例電壓放大器。 由于是單電源Ucc供電，所以需要合適的靜態(tài)工作點——即靜態(tài)偏置電壓。 電阻R1與R2串聯(lián)分壓，再經(jīng)電容C2、C3濾波得到穩(wěn)定的中點電壓，通過R3接運放的同相端，該電阻務(wù)必插入且阻值也不能太小。 因為中點電壓有電容濾波，相當(dāng)于交流接地，若R3不存在、輸入信號交流接地; 若R3阻值太小，它相當(dāng)于信號的固定負載，對信號源來說是較大負擔(dān)。

電路中各元件的作用與功能見表1。

圖4 同相放大器應(yīng)用電路(單電源供電)

如圖5所示為對稱雙電源Ucc與-Ucc聯(lián)合供電的同相比例電壓放大器。 由于是對稱雙電源供電，中點電壓為0，即R3上端直接接地，所以不需要電阻串聯(lián)分壓了。

電路中各元件的作用與功能見表1。

圖5 同相放大器應(yīng)用電路(單電源供電)

2.反相輸入電路結(jié)構(gòu)

如圖6所示為集成運算與阻容元件構(gòu)成的反相比例電壓放大器。 由于是單電源Ucc供電，所以需要合適的靜態(tài)工作點——即靜態(tài)偏置電壓。 電阻R1與R2串聯(lián)分壓，再經(jīng)電容C2、C3濾波得到穩(wěn)定中點電壓，因為信號是從反相端輸入，同相端“虛地”，所以中點電壓與同相端之間可以不用插入電阻(插入幾千歐姆以下的電阻亦可以接受)。

電路中各元件的作用與功能見表1。

圖6 反相放大器應(yīng)用電路(雙電源供電)

圖7所示為對稱雙電源Ucc與-Ucc聯(lián)合供電的反相比例電壓放大器。 由于是對稱雙電源供電，中點電壓為0，同相端直接接地或提供幾千歐姆以下電阻接地即可。

電路中各元件的作用與功能見表1。

圖7 反相放大器應(yīng)用電路(雙電源供電)

圖4、圖5、圖6和圖7電路中各元件的作用與功能見表1。

表1同相、反相比例放大器中元件的作用

需要指出的是，集成運放靜態(tài)工作的設(shè)置方法是：偏置電壓通過電阻(同相放大器)或直接(反相放大器)接集成電路的同相端，一旦設(shè)置正確，反相端、輸出端的電壓與同相端相等。 這也是實際工程中判斷電路是否正確連接或集成電路是否損壞的重要標志。 一般情況下，分壓電阻R1、R2取值范圍可為幾千歐至幾十千歐; 耦合電容C1、C4和C5取值范圍可為幾微法至幾十微法。

3.交流測量

為了增加讀者的感性認識，依照圖4、6所示電路分別搭接兩個電路板。

設(shè)Ucc=10V，用低頻信號發(fā)生器作為信號源，輸出頻率為1kHz的正弦信號。

加到放大器輸入ui，調(diào)節(jié)信號幅度使輸出最大且不失真，用示波器觀察放大器輸入、輸出如圖8所示。

圖8 電路實測信號

a)圖4測試信號 b)圖6測試信號

在圖8所示波形圖中，輸入、輸出電壓正負峰值縱向所占格數(shù)、擋位及電壓放大倍數(shù)，見表2。

表2 示波器顯示的輸入、輸出信號波形數(shù)據(jù)

順便提一下，在實際電路中，無論是同相比例放大器，或是反相比例放大器，往往都會在反饋電阻Rf兩端并聯(lián)一只幾十至幾百皮法的瓷片電容，降低高頻信號的增益，保證電路工作的穩(wěn)定性。 因為對高頻信號而言電容不能視開路，且隨著信號頻率的升高電容的容抗逐漸減小。 也就是說，對高頻信號而言反饋回路的總阻抗減小了，高頻信號的放大倍數(shù)降低，防止高頻自激振蕩。