反相運算放大器的工作原理及應用介紹
運算放大器的配置可以通過兩種方式完成，即反相運算放大器和同相運算放大器。在這些配置中的任何一種當中，輸出都會返回到其輸入，這稱為反饋。這種反饋用于不同的功能電路，如振蕩器、濾波器、放大器、不同類型的穩(wěn)壓器、整流器等。
眾所周知，運算放大器包括正負兩個輸入端子，但反饋的連接可以是正或負極端子。此前已經(jīng)介紹過同相運算放大器的相關知識，本文重點介紹下反相運算放大器的工作原理及應用特性。
相運算放大器的基本概念
運算放大器是使用負反饋連接的基本運算放大器電路配置。顧名思義，放大器將輸入信號反轉并改變它。
反相運算放大器是一種運算放大器電路，用于產(chǎn)生與其輸入相比反相180°的輸出，這意味著，如果輸入信號為正(+)，則輸出信號將相反，反相運算放大器是通過帶有兩個電阻器的運算放大器設計的。
反相運算放大器電路和電壓增益
反相運算放大器的電路圖如下所示。在該電路中，負端通過反饋連接以創(chuàng)建閉環(huán)操作。在使用運算放大器時，需要記住兩個基本規(guī)則，例如輸入端沒有電流流動，另一個是V1始終等于V2。
這是因為正輸入端在接地時處于OV。在上述配置中，運算放大器通過使用反饋連接以創(chuàng)建閉環(huán)操作。在處理運算放大器時，要記住關于反相放大器的兩條非常重要的規(guī)則，它們是“沒有電流流入輸入端”和“V1始終等于V2”。
然而，在實際運算放大器電路中，由于輸入結和反饋信號'X'處于等電位，上述兩個規(guī)則在一定程度上被打破。當正輸入為零伏時，該結稱為“虛擬接地”。因此，由于這個虛擬接地，運算放大器的輸入電阻等于輸入電阻值(Rin)。
在這里，反相運算放大器的閉環(huán)增益可以通過兩個外部電阻的比率來固定。一旦通過“Ri”電阻將輸入信號施加到運算放大器的反相端子，非反相端子就會接地。此外，提供反饋以穩(wěn)定電路。現(xiàn)在可以通過反饋電阻“Rf”控制輸出。
在上述電路電路中，提供的電壓增益為：Av=Vo/Vi
其中：Vi-V1=IiRi，V1-V0=IfRf
但是，完美的運算放大器包括無限的輸入阻抗，因為沒有電流流入其輸入端子。I1=I2=0。因此，Ii等價于If，所以有：
Vi-V1=IfRi
V1-V0=IfRf
眾所周知，在一個完美的運算放大器中，運算放大器的兩個輸入端的電壓總是相等的。因為同相端接地，所以出現(xiàn)在同相端的電壓為V1=V2=0。所以，等式可以變換為：
Vi-0=IfRi
0-Vo=IfRf
從上面的方程，可以得到：
-Vo/Vi=IfRf/IfRi
Vo/Vi=-(IfRf/IfRi)
Vo/Vi=–(Rf/Ri)
這樣，可以改變這個方程得到Vout是：
Vout/Vi=–(Rf/Ri)
Vout=–(Rf/Ri)xVin
反相運算放大器的電壓增益為：
反相運算放大器增益(Av)=–(Rf/Ri)
這指定了反相放大器的電壓增益可以通過“Rf”到“Ri”的分數(shù)來決定，包括表示反相相位的負號。此外，反相放大器的輸入阻抗為“Ri”。
與直流放大器一樣，這些放大器提供出色的線性特性，使其成為理想之選。此外，它們經(jīng)常用于i/p電流更改為跨阻形式的o/p電壓，否則為跨阻放大器形式。
輸出電壓(Vout)方程表明，對于放大器的固定增益，例如Vout=VinxGain，運算放大器電路是線性的。因此，此屬性對于將較小的傳感器信號更改為更好的電壓非常有幫助。
反相運算放大器的電壓特性
反相放大器的電壓特性如下圖所示，可以注意到，一旦輸入信號如Vin為正，則輸出電壓如Vout為負。此外，一旦施加輸入電壓，輸出電壓將線性變化。
一旦輸入信號的幅度超過運算放大器的兩個應用電源，此特性將飽和，否則輸出將變得恒定，即：+VCC=+VSAT&–VCC=-VSAT
反相運算放大器波形
反相運算放大器的輸入和輸出波形如下圖所示，假設放大器的增益和正弦波是輸入信號，可以繪制以下波形。從以下波形中可以清楚地看出，輸出的幅度是輸入的兩倍，例如Vout=Av*Vin并且相位與輸入相反。
反相運算放大器應用
反相放大器的應用主要包括以下幾點內(nèi)容：
可用作跨阻放大器，也稱為跨阻放大器。該放大器用作電流電壓轉換器，用于功率較低的應用中。
當任何系統(tǒng)設計有不同類型的傳感器時，在輸出級使用反相放大器。
該運算放大器保持兩個端子的電壓相等，因此可用于許多領域。
反向運算放大器用于存在射頻信號的混頻器概念中。
可以用作移相器。
用于需要信號平衡的地方。
用于集成應用程序。
基于運放的反相電路更穩(wěn)定；失真相當?shù)停⑻峁┏錾乃矐B(tài)響應。
用于每個使用線性IC的電子設備
用于模擬濾波和信號處理。
用于各種領域，如通信、過程控制、顯示器、計算機、測量系統(tǒng)、電源和信號源。
適用于線性運算放大器應用。
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