一文詳解同相放大器電路

在運算放大器電路中，還有另一種常見的電路，叫做：同相放大器。在這種電路中，輸入電壓信號（VIN）直接施加到同相（+）輸入端子，這意味著與“反相放大器”電路相比，放大器的輸出增益的值變?yōu)椤罢蔽覀冊谏弦粋€教程中看到其輸出增益為負值。其結(jié)果是輸出信號與輸入信號“同相”。

非反相運算放大器的反饋控制是通過將一小部分輸出電壓信號

通過Rf-R2分壓器網(wǎng)絡(luò)加回到反相（-）輸入端來實現(xiàn)的，從而再次產(chǎn)生負反饋。如圖所示，這種閉環(huán)電路可產(chǎn)生具有非常好的穩(wěn)定性，非常高的輸入阻抗Rin接近無窮大的同相放大器電路，因為沒有電流流入正輸入端子（理想條件），并且輸出阻抗Rout很低，如圖所示下面。

同相放大器電路

單片機開發(fā)工程師表示，相對于理想運算放大器，“無電流流入放大器的輸入端子”，而“

V1始終等于V2”。這是因為輸入和反饋信號（V1）的結(jié)點處于相同電位。

換句話說，連接點是“虛擬地球”的總和。由于該虛擬接地節(jié)點，電阻Rf和R2在非反相放大器上形成一個簡單的分壓器網(wǎng)絡(luò)，電路的電壓增益由R2和Rf的比值確定，如下所示。

等效電位分壓器電路

然后，使用該公式計算分壓器網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓，我們可以計算出同相放大器的閉環(huán)電壓增益（A V），如下所示：

然后，同相放大器的閉環(huán)電壓增益將為：

從上式可以看出，同相放大器的總閉環(huán)增益將始終大于但不小于一個（單位），本質(zhì)上是正的，并且取決于Rf的值之比和R2。

如果反饋電阻Rf的值為零，則放大器的增益將完全等于1（單位）。如果電阻R2為零，則增益將接近無窮大，但實際上，它將限于運算放大器的開環(huán)差分增益（A

O）。

通過簡單地改變輸入連接，我們可以很容易地將反相運算放大器電路轉(zhuǎn)換為同相放大器電路。

電壓跟隨器（單位增益緩沖器）

如果我們使反饋電阻Rf等于零（Rf= 0），并且使電阻R2等于無窮大（R2 =

∞），則電路將具有固定的增益“1”，因為所有輸出電壓均為出現(xiàn)在反相輸入端子上（負反饋）。然后，這將產(chǎn)生一種特殊類型的同相放大器電路，稱為電壓跟隨器或也稱為“單位增益緩沖器”。

由于輸入信號直接連接到放大器的同相輸入，因此輸出信號不反相，導致輸出電壓等于輸入電壓Vout =

Vin。然后，由于其隔離特性，電壓跟隨器電路成為理想的單位增益緩沖器電路。

單位增益電壓跟隨器的優(yōu)點是，當阻抗匹配或電路隔離比放大更為重要時，可以使用它，因為它可以保持信號電壓。電壓跟隨器電路的輸入阻抗非常高，通常大于1MΩ，因為它等于運算放大器的輸入阻抗乘以其增益（Rin

x A O）。而且，由于假定了理想的運算放大器條件，其輸出阻抗也非常低。

同相電壓跟隨器

在這種同相電路中，輸入阻抗Rin已增加到無窮大，反饋阻抗Rf減小到了零。輸出直接連接回負反相輸入，因此反饋為100％，Vin剛好等于Vout，從而使其固定增益為1或1。當輸入電壓Vin施加到同相輸入時，放大器的增益為：

由于沒有電流流入同相輸入端子，因此輸入阻抗是無限的（理想運算放大器），并且也沒有電流流過反饋回路，因此任何電阻值都可以放置在反饋回路中，而不會影響電路的特性由于沒有耗散電壓，因此零電流流動，零電壓降，零功率損耗。

由于輸入電流為零，輸入功率為零，因此電壓跟隨器可以提供較大的功率增益。但是，在大多數(shù)實際的單位增益緩沖電路中，需要一個低阻值（通常為1kΩ）的電阻來減小任何失調(diào)輸入泄漏電流，并且如果運算放大器是電流反饋型的，也是如此。

電壓跟隨器或單位增益緩沖器是一種特殊且非常有用的同相放大器電路，通常用于電子設(shè)備中以將電路彼此隔離，特別是在高階狀態(tài)變量或Sallen-Key型有源濾波器中將一個濾波器分開從另一個階段。可用的典型數(shù)字緩沖器IC是74LS125四通道三態(tài)緩沖器或更常見的74LS244八進制緩沖器。

最后一個想法，電壓跟隨器電路的閉環(huán)電壓增益為“1”。沒有反饋的運算放大器的開環(huán)電壓增益為無窮大。然后，通過仔細選擇反饋分量，我們可以控制同相放大器產(chǎn)生的增益量，范圍從1到無窮大。