1、同相放大器
運放的同相放大器形式,它的輸出信號與輸入信號的相位相同,即:同一時刻的極性是相同的。
同相放大器的電路形式,如下圖所示:
同相放大器的增益,由Rf和Rs決定,並且總是大於1。
增益K計算公式如下:
K = 1 + Rf / Rs
同相放大器,施加的反饋方式是電壓串聯負反饋,這種負反饋具有增大輸入電阻、降低輸出電阻的作用。
然而,反饋深度又決定了輸入電阻、輸出電阻的改變程度。
當Rs的阻值接近無窮大時,同相放大器的增益無限接近1,此時的效果等效為電壓跟隨器,此時把Rf減小到0,性能基本不變,此時,電壓跟隨器的電路形式如下圖所示:
電壓跟隨器,通常用在高阻抗電路與低阻抗負載之間的匹配,起到緩衝/隔離的作用。
由於電壓跟隨器,有很深的負反饋,獲得的緩衝/隔離作用遠勝於單個分立元件組成的電壓跟隨器。
2、反相放大器
運放的反相放大器形式,它的輸出信號與輸入信號的相位相反,即:同一時刻的極性是相反的。
反相放大器的電路形式,如下圖所示:
反相放大器的增益,由Rf和Rs決定,增益可以小於1、等於1、大於1。
增益K計算公式如下:
K = - Rf / Rs
式中的‘負號’表示輸出極性與輸入極性相反。
反相放大器,施加的反饋方式是電壓並聯負反饋,這種負反饋,能減小輸入和輸出電阻的作用。
然而,反饋深度又決定了輸入電阻、輸出電阻的改變程度。
由於負反饋的作用,運放的反相輸入端成為交流電位與地相等的虛地。
利用這個虛地,反相放大器可以成為多個輸入信號疊加的加法器。
運放的加法器形式,如下圖所示:
加法器的輸出信號 Ao ≈ - Rf · (1/R1·V1 + 1/R2·V2 + ... + 1/Rn·Vn)
可見,輸出信號是各個輸入信號按比例疊加的結果,電阻R1至Rn可以分別控制各個輸入信號的混合比例。
加法器在多路信號的混合上有著很多的應用。
反相放大器,在單管放大電路上也有一樣的用法,如下圖所示:
3、積分器
如果把反相放大器的電阻Rf用電容Cf替換,此時就變成了一個積分器。
如下圖所示:
積分器,實質上等效於一個低通濾波器,濾波器的截止頻率fo的計算公式如下:
fo = 1 / 2π · Cf · Rs
當輸入頻率等於fo時,積分器的增益等於1。
當輸入頻率低於fo時,積分器的增益以6dB/oct的斜率,隨著輸入頻率的降低而升高,直到達到運放的開環增益為止。
積分器常用於取出信號中的直流分量。
如果使用單純RC型低通濾波器,來獲得同樣的效果,電容取值要比積分器的Cf大得多,需要的容量大概是開環增益值乘以Cf這個數值,這幾乎不能實現,或者是造價太高了。
因此積分器,被大量用在伺服系統中,有些音頻放大器,就是利用運放的積分器,組成DC伺服電路,以便讓放大器的直流偏移電壓控制在最小值。
以上是運放的基本應用。
除此之外,在音頻設備中,利用運放還能做一些輔助功能。
比如,做成理想二極管電路,提供良好的AC/DC變換,用來解調音頻信號;
比如,做成對數放大器、反對數放大器,用來做VU電平的指示;
比如,做成比較器,提供保護功能;
比如,做成邏輯運算器,實現簡單的與或非運算。
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