反相放大电路在线视频

大家好

我们今天来学习反相放大电路

本节的学习目标为

1.理解反相放大电路的工作原理

能够分析其电路特点

2.能够设计反相放大电路

3.能够利用电路仿真确定电路元件参数

并能分析原件参数对电路输出的影响

我们先来回顾一下，在分析运算放大器时

用到的两个重要的概念

虚短和虚断

在我们以后分析各种

运算放大电路的工作原理时

都有可能应用到这两个概念

先说虚短

因为一般的运算放大器的

开环增益在80dB以上

也就是10000倍以上

而输出电压是10 V~14V

这就要求差模输入电压不足1mV

两输入端近似等电位

相当于“虚短路”

即 uP=uN

再看虚断的概念

运算放大器的输入电阻一般都在1MΩ以上

流入运算放大器输入端的电流不足1μA

通常可把运放的两个输入端视为开路

相当于虚断路

即iP=iN=0

在理解这两个概念的基础上

我们来分析反相放大电路的工作原理

反相放大电路的原理图，如图所示

同相端

接地

输入信号ui

通过电阻R1作用在反相端

输出信号uo

通过电阻R2反馈到反相端

属于负反馈

使得运算放大器工作在线性放大状态

假设

反相端和同相端的电压分别为

uN和uP

流过电阻R1和电阻R2的电流

分别是i₁和i₂

我们根据虚短可以得到

反相端电压

uN=同相端电压uP

等于0

因为同相端接地

根据虚断

得

i1=i2

这样就可以得出

uo=-R₂/R₁*ui

这样我们就得到了

反相放大电路

输入输出关系

uo等于

-R₂/R₁*ui

放大倍数K=-R₂/R₁

负号表示输出与输入相位相反

所以称为反相放大电路

我们再来关注一下

此电路的

输入阻抗

输入电压

为ui

输入电流

为

i₁=ui/R₁

那么，输入阻抗Rin

等于输入电压比上输入电流

即ui/i₁=R₁

可以看出

输入电阻为R₁

在设计反相放大电路时

我们

不仅要考虑

由R₂比R₁形成的

放大倍数的大小

还有综合考虑R₁

R₂和R₃的阻值

我们先看R₁阻值的选择

我们已经知道

R₁是反相电路的输入阻抗

也就是前一级电路的负载

R₁的大小

影响前一级电路的负荷

R₁如果过小

那么

i₁=ui/R₁

就会较大

这样会增加前一级电路的负荷

也会增加系统功耗

如果R₁过大

为了满足增益K=R₂/R₁

的要求

那么势必要增大R₂的值

R₂值

增大后会增加输出失调电压

也就增大了增益误差

同时R₁过大

电流i₁就会过小

这样容易受到干扰

R₁呢一般情况为几KΩ

至几百KΩ

我们再看电阻R₃的选择

在设计高精度直流放大电路

而且偏置电流Ib不满足

Ib远远小于电流i₁时

我们需要考虑电阻R₃的大小

同时要设计成R₃=R₁||R₂的

并联等效电阻

此时可以消除偏置电流Ib的影响

如果我们设计的是交流放大电路

则不需要考虑电阻R₃

即可以不接电阻R₃

接下来我们用电路仿真软件仿真一下

反相放大电路的放大效果

主要是仿真一下电路外围的

元器件参数以及对电路性能的影响

大家看，这是一个反相放大电路

输入电阻为R₁

反馈电阻为R₂

为了更接近实际情况

我们在输入信号之前加入了一个跟随器

以起到阻抗匹配的作用

我们此时来仿真一下

我们输入信号源

用信号发生器产生一个200Hz的信号

振幅为1.415

那么它的有效值呢

约为1V，我们用万用表来测量输入信号

左边这个万用表测量输入信号

右边万用表用来测量输出信号

再用一个示波器

把输入输出信号显示在一起

其中，蓝色的为输入信号

红色的为输出信号

接下来我们进行仿真

运行一下仿真

我们看输入信号为1V

那么输出呢为15.9V

从示波器当中可以发现

那么我们的输出信号已经产生明显的变形

也就是产生了负误差

我们发现此时的电阻R₁为33Ω

R₂呢为1KΩ

大概放大了三十倍

显然此时输出信号已经达到饱和

产生了输出失真

最后我们对本节进行一下总结

1.反相放大器是最常用的电路形式

可对输入信号进行反相

其增益与输入电阻和反馈电阻有关

2.反相放大器输入电阻较低

在需要高输入阻抗时

可以考虑同相放大器

3.在设计反相放大器时

其外围电阻的选择需要考虑

运算放大器的输入偏置电流

驱动能力

前级电路的驱动能力等多种因素综合确定

4.平衡电阻只需在高精度

直流放大器中才需要使用

本节就讲到这里，再见