运算放大器原理解析，运算放大器同相放大与反相放大的区别

　　运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。

　　

　　运算放大器是模拟电子电路的重点，其应用已非常普遍。

　　1．集成运放是具有高开环电压放大倍数、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合集成放大电路。

　　2．运算放大器理想化的主要条件：

　　（1）开环电压放大倍数为无穷大；

　　（2）开环输入电阻为无穷大；

　　（3）开环输出电阻为零；

　　（4）共模抑制比为无穷大。

　　由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。

　　3．运算放大器电压传输特性及分析依据

　　电压传输特性

　　

　　（1）运放工作在线性区分析依据

　　u+≈u–id≈0

　　运放要工作在线性区必须引入负反馈

　　（2）运放工作在饱和区分析依据（非线性区）

　　id≈0依然成立

　　u+≈u–不再成立

　　当

　　

　　发生跃变

　　运算放大器在信号运算、处理或产生方面都有广泛的应用，但就其工作状态而言，它无非工作在线性区或非线性区。因此，掌握运放工作在线性区与非线性区的依据是至关重要的。

　　4．反馈

　　由于运算放大器的开环电压放大倍数很高，当它工作在线性区时必须引入深度负反馈。因此，它的输出与输入之间的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构与参数，而与运放本身的参数关系不大。改变输入电路和反馈电路的结构和形式，就可以实现不同的运算。

　　负反馈的类型有：电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈。

　　反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻靠近“地”端引出的，是电流反馈；（也可将输出端短路，若反馈量为零，则为电压反馈；若反馈量不为零，则为电流反馈。） 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端，是串联反馈；加在同一输入端的是并联反馈；反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。

　　负反馈的对放大电路工作性能的影响：提高放大电路的稳定性；改善波形失真；

　　对输入电阻和输出电阻的影响：电压反馈使输出电阻降低；电流反馈使输出电阻增高；串联反馈使输入电阻增高；并联反馈使输入电阻降低；

　　5．集成运放在信号运算方面的应用

　　（1） 反相比例运算：输入信号从反相输入端引入的运算便是反相比例运算（如图①）。

　　

　　

　　图①图②

　　（2） 同相比例运算：输入信号从同相输入端引入的运算便是同相比例运算（如图②）。

　　

　　（3） 加法运算：

　　如果在反相输入端增加若干输入电路，则构成反相加法运算电路（如图③）。

　　

　　

　　如图③如图④

　　（4） 减法运算：

　　如果两个输入端都有信号输入，则为差分输入，构成减法运算电路（如图④）。

　　

　　当R1=R2和Rf=R3时，则上式为

　　

　　运算放大器同相放大与反相放大的区别

　　电子电路中的运算放大器，有同相输入端和反相输入端，输入端的极性和输出端是同一极性的就是同相放大器，而输入端的极性和输出端相反极性的则称为反相放大器。

　　图一运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。

　　

　　流过R1的电流：I1=（Vi-V-）/R1………a

　　流过R2的电流：I2=（V--Vout）/R2……b

　　V-=V+=0………………c

　　I1=I2……………………d

　　求解上面的初中代数方程得

　　Vout=（-R2/R1）*Vi

　　这就是传说中的反相放大器的输入输出关系式了。

　　

　　图二中Vi与V-虚短，则Vi=V-……a

　　因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1和R2的电流相等，设此电流为I，由欧姆定律得：

　　I=Vout/（R1+R2）……b

　　Vi等于R2上的分压，即：Vi=I*R2……c

　　由abc式得Vout=Vi*（R1+R2）/R2，这就是传说中的同相放大器的公式了。

　　集成运算同相放大器和反相放大器的选择［2］

　　运算放大器可以接成同相放大也可以接成反相放大，那使用同相放大好还是反相放大好呢？我们先来看同相放大和反相放大的区别：

　　同相放大器

　　优点：输入阻抗和运放的输入阻抗相等，接近无穷大

　　缺点：放大电路没有虚地，因此有较大的共模电压，抗干扰能力相对较差，使用时要求运放有较高的共模抑制比，另一个小缺点就是放大倍数只能大于1；

　　反相放大器

　　优点：两个输入端电位始终近似为零（同相端接地，反相端虚地），只有差模信号，抗干扰能力强；

　　缺点：输入阻抗很小，等于信号到输入端的串联电阻的阻值。

　　另外就是二者的增益计算公式不同，相位相反

　　由此可见，对比它们要在以下几个方面：输入输出阻抗，共模的抗干扰

　　1、同相放大器的输入阻抗和运放的输入阻抗相等，接近无穷大，同相放大器的输入电阻取值大小不影响输入阻抗；而反相放大器的输入阻抗等于信号到输入端的串联电阻的阻值。因此当要求输入阻抗很高的时候就应选择同相放大器！

　　2、同相放大器的输入信号范围受运放的共模输入电压范围的限制，反相放大器则无此限制。因此如果要求输入阻抗不高且相位无要求时，首选反相放大，因为反相放大只存在差模信号，抗干扰能力强，可以得到更大的输入信号范围。

　　3、在设计中要求放大倍数相同的情况下尽量选择数值小的电阻配合，这样可以减小输入偏置电流的影响和分布电容的影响。如果很计较功耗，则要在电阻数值方面折中。