运算放大器的基本应用盘点

1、同相放大器

运放的同相放大器形式，它的输出信号与输入信号的相位相同，即：同一时刻的极性是相同的。

同相放大器的电路形式，如下图所示：

运放的同相放大器形式

同相放大器的增益，由Rf和Rs决定，并且总是大于1。

增益K计算公式如下：

K = 1 + Rf / Rs

同相放大器，施加的反馈方式是电压串联负反馈，这种负反馈具有增大输入电阻、降低输出电阻的作用。

然而，反馈深度又决定了输入电阻、输出电阻的改变程度。

当Rs的阻值接近无穷大时，同相放大器的增益无限接近1，此时的效果等效为电压跟随器，此时把Rf减小到0，性能基本不变，此时，电压跟随器的电路形式如下图所示：

运放的电压跟随器形式

电压跟随器，通常用在高阻抗电路与低阻抗负载之间的匹配，起到缓冲/隔离的作用。

由于电压跟随器，有很深的负反馈，获得的缓冲/隔离作用远胜于单个分立元件组成的电压跟随器。

2、反相放大器

运放的反相放大器形式，它的输出信号与输入信号的相位相反，即：同一时刻的极性是相反的。

反相放大器的电路形式，如下图所示：

运放的反相放大器形式

反相放大器的增益，由Rf和Rs决定，增益可以小于1、等于1、大于1。

增益K计算公式如下：

K = - Rf / Rs

式中的‘负号’表示输出极性与输入极性相反。

反相放大器，施加的反馈方式是电压并联负反馈，这种负反馈，能减小输入和输出电阻的作用。

然而，反馈深度又决定了输入电阻、输出电阻的改变程度。

由于负反馈的作用，运放的反相输入端成为交流电位与地相等的虚地。

利用这个虚地，反相放大器可以成为多个输入信号叠加的加法器。

运放的加法器形式，如下图所示：

运放的加法器形式

加法器的输出信号 Ao ≈ - Rf · （1/R1·V1 + 1/R2·V2 + 。。。 + 1/Rn·Vn）

可见，输出信号是各个输入信号按比例叠加的结果，电阻R1至Rn可以分别控制各个输入信号的混合比例。

加法器在多路信号的混合上有着很多的应用。

反相放大器，在单管放大电路上也有一样的用法，如下图所示：

单管与运放组成的反相放大器对比

3、积分器

如果把反相放大器的电阻Rf用电容Cf替换，此时就变成了一个积分器。

如下图所示：

积分器

积分器，实质上等效于一个低通滤波器，滤波器的截止频率fo的计算公式如下：

fo = 1 / 2π · Cf · Rs

当输入频率等于fo时，积分器的增益等于1。

当输入频率低于fo时，积分器的增益以6dB/oct的斜率，随着输入频率的降低而升高，直到达到运放的开环增益为止。

积分器常用于取出信号中的直流分量。

如果使用单纯RC型低通滤波器，来获得同样的效果，电容取值要比积分器的Cf大得多，需要的容量大概是开环增益值乘以Cf这个数值，这几乎不能实现，或者是造价太高了。

因此积分器，被大量用在伺服系统中，有些音频放大器，就是利用运放的积分器，组成DC伺服电路，以便让放大器的直流偏移电压控制在最小值。