搞不懂反相运算放大器？不要错过这一文，计算公式+工作原理详解

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大家好，我是李工，创作不易，希望大家多多支持我。今天给大家分享的是反相运算放大器。

主要从以下几个方面进行分享：

• 什么是反相运算放大器？
• 反相运算放大器原理
• 反相运算放大器计算公式
• 反相运算放大器电压特性
• 反相运算放大器波形图
• 反相运算放大器计算案例
• 反相运算放大器怎么用？

什么是反相运算放大器？

反相运算放大器是使用负反馈连接的基本运算放大器电路配置，通俗易懂点来说也就是，放大器将输入信号反转并改变它。

反相运算放大器是一种运算放大器电路，用于产生与其输入相比反向180°的输出，意味着，如果输出信号为正（+），则输出信号将为负（-）。反相运算放大器是通过带有两个电阻的运算放大器设计的。

下图显示了理想反相放大器的电路图。输入通过电阻 R1 提供给反相输入端，非反相端接地。输出通过反馈电阻 Rf 反馈到反相输入端。

反相运算放大器电路

反向运算放大器原理

下图显示了使用一个运算放大器和两个电阻构建的反相运算放大器。在这里，Ri 将输入信号施加到运算放大器的反相端，同相端接地。此外，反馈电阻 Rf 提供稳定电路所需的反馈，从而控制输出。

反相运算放大器

关于反相运算放大器或任何运算放大器，有两个非常重要的规则是需要记住的：

• 没有电流流入输入端子
• 差分输入电压为零，V1 = V2 = 0（虚拟接地）

通过使用这两个规则，我们可以使用第一原理推导出计算反相运算放大器闭环增益的方程。如下图所示，电流 ( i ) 流过电阻网络。

反相运算放大器

反相运算放大器计算公式图

然后，反相运算放大器的闭环电压增益为：

反相运算放大器闭环电压增益公式

转换一下，Vout为 ：

反相运算放大器输出电压公式

反相运算放大器计算公式

具体的过程，在上面已经推导出来了。

反相运算放大器工作原理详解

• 反相放大器电路采用负反馈并产生相对于输入的反相输出。因此，反相放大器的增益表示为负值。
• 反相放大器的电压增益与运放开环增益无关，非常大。
• 反相放大器的电压增益取决于所使用的电阻值，因此可以通过适当地选择R1和RF的值来准确控制增益。
• 如果 Rf > R1，增益将大于 1。
• 如果 Rf < R1，增益将小于 1。
• 如果 Rf = R1，增益将为单位。
• 因此，输出电压的大小可以大于、小于或等于输入电压，并且相位相差 180°。

反相运算放大器工作原理-电压特性

反相运算放大器的电压特性如下图所示。可以注意到，一旦输入信号 Vin 为正，则输出电压如 Vout 为负。此外，一旦施加输入电压，输出电压将线性变化。

反相运算放大器电压特性图

当输入信号幅度超过应用于运算放大器的正负电源时，特性曲线会饱和，或者换句话说，输出变为常数。

即 ：+V CC = + V SAT和 -V CC = -V SAT

反相运算放大器工作原理-波形图

反相运算放大器的输入和输出波形如下所示。假设放大器的增益和正弦波是输入信号，可以绘制以下波形。从以下波形中可以清楚地看出，输出的幅度是输入的两倍，例如 Vout = Av * Vin 并且相位与输入相反。

反相运算放大器波形

反相运算放大器计算公式案例

案例一：设计一个增益为 -10 且输入电阻等于 10kΩ 的反相放大器。

对于反相放大器，Av= – R f /R 1

因此，Rf = -Av x R1= – (-10) x 10 kΩ

Rf = 100 kΩ

案例二：在下图所示的电路中，R1 = 10 kΩ，Rf = 100 kΩ，Vin = 1V。25 kΩ 的负载连接到输出端。计算电流 i1，输出电压 Vout ，负载电流 iL 。

反相运算放大器电路图

(i) 输入电流 i1

i1 = Vin / R1= 1 V / 10KΩ

i1 = 0.1 mA

(ii) 输出电压 Vout

V out = – (R f / R 1 ) * V in

= – (100kΩ/10kΩ) x 1 V

V out = – 10 V

(iii) 负载电流 iL：

i L = V out / R L

= 10 V / 25KΩ

i L = 0.4 mA

案例三：在下图中，显示了运算放大器配置，其中两个反馈电阻在运算放大器中提供必要的反馈。电阻R2是输入电阻，R1是反馈电阻。输入电阻R2的电阻值为1KΩ ，反馈电阻R1的电阻值为10KΩ。将计算运算放大器的反相增益。负端提供反馈，正端接地。

反相运算放大器电路图

运算放大器电路的反相增益公式 ：增益(Av) = (Vout / Vin) = -(Rf / Rin)

在上述电路中，Rf = R1 = 10k 和 Rin = R2 = 1k

所以，增益(Av) = (Vout / Vin) = -(Rf / Rin)增益(Av) = (Vout / Vin) = -(10k / 1k)

所以增益将是 -10 倍，输出将是 180 °异相。

现在，如果我们将运算放大器的增益增加到 -20 倍，如果输入电阻相同，反馈电阻的值将是多少？所以，

增益(Av)= -20 且 Rin = R2 = 1k。-20 = -(R1 / 1k) R1 = 20k

因此，如果我们将 10k 值增加到 20k，则运算放大器的增益将为 -20 倍。

我们可以通过改变电阻的比例来增加运算放大器的增益，但是，不建议使用较低的电阻作为 Rin 或 R2。由于较低的电阻值会降低输入阻抗并对输入信号产生负载。在典型情况下，输入电阻使用 4.7k 到 10k 的值。

当需要高增益并且我们应该确保输入中的高阻抗时，我们必须增加反馈电阻的值。但也不建议在 Rf 上使用非常高值的电阻。较高的反馈电阻会提供不稳定的增益裕度，并且对于有限带宽相关操作来说不是可行的选择。典型值 100k 或略高于反馈电阻器中使用的值。

我们还需要检查运算放大器电路的带宽，以便在高增益下可靠运行。

反相运算放大器怎么用？

反相运算放大器可用于各种地方，例如运算放大器求和放大器。

一、加法放大器或运算放大器加法器电路

在下图中，显示了一个求和放大器，其中一个反相运算放大器在其反相端子上混合了几个不同的信号。反相放大器输入实际上处于地电位，这在混音相关工作中提供了出色的混音器相关应用。

如下图所示，不同的信号使用不同的输入电阻在负极端子上加在一起。可以添加的不同信号输入的数量没有限制。每个不同信号端口的增益由反馈电阻 R2 与特定通道的输入电阻的比值决定。

运算放大器加法器电路

二、跨阻放大器电路

运算放大器反相放大器的另一种用途是将放大器用作跨阻抗放大器。

在这样的电路中，运算放大器将非常低的输入电流转换为相应的输出电压。因此，跨阻抗放大器将电流转换为电压。

它可以转换来自光电二极管、加速度计或其他产生低电流的传感器的电流，并使用跨阻抗放大器将电流转换为电压。

跨阻放大器电路

在上图中，反相运算放大器用于制造跨阻抗放大器，它将光电二极管产生的电流转换为电压。该放大器在光电二极管上提供低阻抗，并与运算放大器输出电压隔离。

在上述电路中，仅使用了一个反馈电阻。R1 是高值反馈电阻。我们可以通过改变这个 R1 电阻的值来改变增益。运算放大器的高增益使用稳定条件，其中光电二极管电流等于通过电阻器 R1 的反馈电流。

由于我们没有在光电二极管上提供任何外部偏置，因此光电二极管的输入失调电压非常低，从而在没有任何输出失调电压的情况下产生很大的电压增益。光电二极管的电流将转换为高输出电压。

三、反相运算放大器的其他应用

• 移相器
• 积分器
• 在信号平衡相关工作中
• 线性射频混频器
• 各种传感器使用反相运算放大器作为输出
• 当任何系统设计有不同类型的传感器时，在输出级使用反相放大器
• 用于需要信号平衡的地方。
• 放大器用于每个使用线性 IC 的电子设备
• 用于模拟滤波和信号处理
• 用于各种领域，如通信、过程控制、显示器、计算机、测量系统、电源和信号源
• 适用于线性运算放大器应用

以上，就是关于反相运算放大器的一些知识，希望大家多多支持我，记得点赞，关注，有问题欢迎在评论区留言，大家一起讨论。

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