運(yùn)算放大器基本上是包括兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出的高增益多級(jí)差分放大器。典型的運(yùn)算放大器有兩種配置，如反相運(yùn)算放大器和同相運(yùn)算放大器。在運(yùn)算放大器中，同相端標(biāo)有(+)號(hào)，反相端標(biāo)有(-)號(hào)，也稱為正負(fù)端。本文將簡(jiǎn)單介紹同相運(yùn)算放大器的工作原理和計(jì)算公式。

同相運(yùn)算放大器的概念

很簡(jiǎn)單，當(dāng)運(yùn)算放大器的輸出與輸入信號(hào)同相時(shí)，它被稱為同相運(yùn)算放大器。在同相放大器中，輸入信號(hào)被施加到運(yùn)算放大器的+ve 端。同相放大器產(chǎn)生放大的輸出信號(hào)，該信號(hào)與施加的輸入信號(hào)同相。

同相運(yùn)算放大器工作原理

同相放大器的工作原理類似于電壓跟隨器電路，因?yàn)樵撾娐肥褂秘?fù)反饋連接。因此它將輸出信號(hào)的一部分作為反饋給反相輸入端，而不是給出完整的輸出信號(hào)。該運(yùn)算放大器的補(bǔ)充是反相運(yùn)算放大器，它產(chǎn)生180°異相的輸出信號(hào)。

如下圖所示，是一個(gè)典型的同相運(yùn)算放大器電路圖，可以看出，輸出電壓信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻器提供給運(yùn)算放大器的反相端子 (-)，，另一個(gè)電阻器接地。

此外，具有兩種電阻器的分壓器將向運(yùn)算放大器電路的反相引腳提供一小部分輸出。這兩個(gè)電阻將為運(yùn)算放大器提供必要的反饋。

同相運(yùn)算放大器電壓增益

運(yùn)算放大器的放大主要取決于分壓器配置中連接的兩個(gè)反饋電阻，如R1和R2。這里，R1電阻稱為反饋電阻 (Rf)。提供給運(yùn)算放大器反相引腳的分壓器的輸出等效于Vin，因?yàn)榉謮浩鞯腣in和結(jié)點(diǎn)位于相似的接地節(jié)點(diǎn)上。所以，Vout取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。

同相運(yùn)算放大器通過(guò)電流規(guī)則和電壓規(guī)則等兩條規(guī)則工作。電流規(guī)則指出沒(méi)有電流流向運(yùn)算放大器的輸入，而電壓規(guī)則則指出運(yùn)算放大器電壓試圖確保兩個(gè)運(yùn)算放大器輸入之間的電壓差異為零。

在上圖同相運(yùn)算放大器電路中，一旦電壓規(guī)則應(yīng)用于該電路，反相輸入端的電壓將與同相輸入端相同，所以施加的電壓將為Vin。

通過(guò)R1電阻的電流可以表示為“ Vin/R1 ”。

根據(jù)電流規(guī)則，兩個(gè)輸入都不消耗電流，因此電流將流經(jīng)R2。

之后，輸出電壓 (Vo) 可以為Vout = Vin + (Vin/R1)*R2。那么，同相運(yùn)算放大器增益公式為Av = Vout/Vin = 1+ (R2/R1)。

此處，增益值不應(yīng)< 1。因此，同相運(yùn)算放大器將產(chǎn)生一個(gè)放大信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)輸入同相。

在上面的等式中，Av=運(yùn)算放大器的電壓增益，R2是一個(gè)反饋電阻，R1是一個(gè)接地電阻。

1、輸入阻抗

在同相運(yùn)算放大器電路中，輸入阻抗 (Zin) 可以使用以下公式計(jì)算：

Zin = ( 1+ Aα β)*Zi

其中，“Aα”是一個(gè)開(kāi)環(huán)電壓增益，'Zi' 是運(yùn)算放大器的輸入阻抗，不使用反饋，'β' 是一個(gè)反饋因子。

同相放大器的反饋因子可以計(jì)算為：

β = R2/(R1+R2)

β = 1/ ACL

因此，對(duì)于同相運(yùn)算放大器電路，輸入阻抗 (Zin) 可以計(jì)算為

Zin = ((1 + (Aα / ACL))*Z1

2、輸出阻抗

輸出阻抗可以計(jì)算為：

Zout = Zo/(1+ Aα β)

由于反饋因子β = 1/ACL，所以，輸出阻抗可以計(jì)算為：

ZOUT = Zo /(1 + (Aα /ACL))

同相運(yùn)算放大器波形

同相運(yùn)放波形的輸入輸出波形如下圖所示。需要改變的信號(hào)被提供給運(yùn)算放大器的+ve 端子，而-ve 端子在R1電阻器的幫助下連接到GND。輸入 (Vin) 和輸出 (Vout) 電壓在同相內(nèi)，因此它們的相位差為0度或 360度。

所以正號(hào)表示輸入和輸出之間沒(méi)有相移。電壓增益取決于兩個(gè)電阻R1和Rf。通過(guò)改變兩個(gè)電阻的值，可以調(diào)整所需的增益。

具有兩個(gè)電壓源的同相運(yùn)算放大器實(shí)例

包括兩個(gè)電壓源配置的同相運(yùn)算放大器稱為求和放大器或加法器。所以這是運(yùn)算放大器最重要的應(yīng)用之一。在求和放大器電路中，使用了多個(gè)電壓源。

同相求和放大器電路使用同相運(yùn)算放大器電路的配置。在這種情況下，輸入被提供給非反相端子，而必要的負(fù)反饋和增益可以通過(guò)將o/p信號(hào)的某些部分作為反饋給反相端子來(lái)獲得。

同相求和放大器電路的主要優(yōu)點(diǎn)是輸入端沒(méi)有有效的接地條件。其輸入阻抗遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)反相放大器配置。因此，具有兩個(gè)電壓源的同相運(yùn)算放大器中的電流可以定義為：

根據(jù)KCL基爾霍夫電流定律：

IR1 + IR2 = 0

(V1-V+/R1) + (V2-V+/R2 = 0

上式可以寫成：

(V1/R1-V+/R1) + (V2/R2-V+/R2) = 0

如果使上述兩個(gè)電阻相等，則R1=R2=R，則有：

V+ = (V1/R + V2/R)(1/R+1/R) => (V1+V2/R)/2/R

因此，V+ = (V1 + V2/2)

另外，同相求和放大器電路的典型電壓增益方程可以表示為：

Av = Vout/Vin = Vout/V+ = 1+RA/RB

Vout = (1+RA/RB)*V+

因此，Vout = (1+RA/RB) V+V2/2

同相放大器的閉環(huán)電壓增益為AV，由 (1 + R /R) 給出。如果使R=R使其等于2，則Vout等于所有輸入電壓之和，即：

Vout = (1+RA/RB) V+V2/2

如果 RA = RB，那么，Vout = (1+1) V+V2/2 => 2 (V1+V2)/2

所以，Vout = V+V2

同樣，對(duì)于3個(gè)輸入電壓同相求和放大器配置，閉環(huán)電壓增益設(shè)置為3，以使輸出電壓等于3個(gè)輸入電壓之和，比如V1、V2和V3。

同相運(yùn)算放大器主要優(yōu)勢(shì)

同相運(yùn)算放大器主要包括以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

可以在沒(méi)有相位反轉(zhuǎn)的情況下獲得輸出信號(hào)。

電壓增益是可變的。

電壓增益為正。

可以獲得更好的阻抗匹配。

與反相放大器相比，i/p的阻抗值較高。

常用于不同的電子設(shè)備。

同相運(yùn)算放大器主要缺點(diǎn)

同相運(yùn)算放大器的缺點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：

與反相運(yùn)算放大器相比，同相運(yùn)算放大器不能為系統(tǒng)提供更高的穩(wěn)定性。

根據(jù)獲得所需增益的必要性來(lái)使用級(jí)數(shù)。

根據(jù)特定的放大器，輸入和輸出電阻會(huì)發(fā)生變化。

放大電路沒(méi)有虛地，所以共模電壓大，抗干擾能力比較差。這樣運(yùn)算放大器就需要更高的共模抑制比，而另一個(gè)缺點(diǎn)是放大倍數(shù)只能大于1。

同相運(yùn)算放大器的應(yīng)用

同反相運(yùn)算放大器的應(yīng)有主要包括以下價(jià)格方面：

用于需要高輸入阻抗的地方。

將輸出作為反相器提供給反相輸入，用作電壓跟隨器。

用于隔離特定的級(jí)聯(lián)電路。

適用于通過(guò) i/p的相位內(nèi)需要放大o/p的情況。

用于像加法器一樣執(zhí)行數(shù)學(xué)刺激。

總結(jié)

以上就是關(guān)于同相運(yùn)算放大器的概述，主要包括其配置、電壓增益、輸入和輸出阻抗、應(yīng)用問(wèn)示例等基本內(nèi)容。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，同相運(yùn)算放大器的增益為正值，輸出與輸入信號(hào)同相，從而產(chǎn)生放大的輸出信號(hào)。