运算放大器应用

如果电路的输入和输出之间存在线性关系，则称该电路为线性。同样，如果电路的输入和输出之间存在非线性关系，则称该电路为非线性。

运算放大器可用于线性和非线性应用。以下是运算放大器 − 的基本应用

• 反相放大器
• 非反相放大器
• 电压跟随器

本章详细讨论了这些基本应用。

反相放大器

反相放大器通过电阻器 $R_{1}$ 从其反相端获取输入，并产生放大版本作为输出。该放大器不仅放大输入，而且还将其反相(改变其符号)。

下图显示了反相放大器的电路图 −

请注意，对于运算放大器，反相输入端的电压等于其非反相输入端的电压。从物理上讲，这两个端子之间没有短路，但实际上，它们彼此短路。

在上图所示的电路中，非反相输入端接地。这意味着在运算放大器的非反相输入端施加零伏电压。

根据虚拟短路概念，运算放大器的反相输入端的电压将为零伏。

此端子节点的节点方程如下所示 −

$$\frac{0-V_i}{R_1}+ \frac{0-V_0}{R_f}=0$$

$$=>\frac{-V_i}{R_1}= \frac{V_0}{R_f}$$

$$=>V_{0}=\left(\frac{-R_f}{R_1} ight)V_{t}$$

$$=>\frac{V_0}{V_i}= \frac{-R_f}{R_1}$$

输出电压 $V_{0}$ 与输入电压 $V_{i}$ 之比为放大器的电压增益或增益。因此，反相放大器的增益等于 $-\frac{R_f}{R_1}$。

请注意，反相放大器的增益带有负号。它表示输入和输出之间存在 180⁰ 的相位差。

非反相放大器

非反相放大器通过其非反相端接收输入，并产生放大版本作为输出。顾名思义，这种放大器只放大输入，而不反相或改变输出的符号。

非反相放大器的电路图如下图所示 −

在上述电路中，输入电压 $V_{i}$ 直接施加到运算放大器的非反相输入端。因此，运算放大器同相输入端的电压为$V_{i}$。

利用分压原理，我们可以计算出运算放大器反相输入端的电压，如下所示 −

$$=>V_{1} = V_{0}\left(\frac{R_1}{R_1+R_f} ight)$$

根据虚拟短路概念，运算放大器反相输入端的电压与其非反相输入端的电压相同。

$$=>V_{1} = V_{i}$$

$$=>V_{0}\left(\frac{R_1}{R_1+R_f} ight)=V_{i}$$

$$=>\frac{V_0}{V_i}=\frac{R_1+R_f}{R_1}$$

$$=>\frac{V_0}{V_i}=1+\frac{R_f}{R_1}$$

现在，输出电压$V_{0}$与输入电压$V_{i}$之比或电压增益或非反相放大器的增益等于 $1+\frac{R_f}{R_1}$。

请注意，非反相放大器的增益具有正号。它表示输入和输出之间没有相位差。

电压跟随器

电压跟随器是一种电子电路，它产生的输出跟随输入电压。它是非反相放大器的一个特例。

如果我们将反馈电阻 $R_{f}$ 的值视为零欧姆和(或)将电阻 1 的值视为无穷大欧姆，则非反相放大器将成为电压跟随器。电压跟随器的电路图如下图所示 −

在上述电路中，输入电压 $V_{i}$ 直接施加到运算放大器的非反相输入端。因此，运算放大器的非反相输入端的电压等于 $V_{i}$。这里，输出直接连接到运算放大器的反相输入端。因此，运算放大器反相输入端的电压等于$V_{0}$。

根据虚短路概念，运算放大器反相输入端的电压与其同相输入端的电压相同。

$$=>V_{0} = V_{i}$$

因此，电压跟随器的输出电压$V_{0}$等于其输入电压$V_{i}$。

因此，电压跟随器的增益等于一，因为电压跟随器的输出电压$V_{0}$和输入电压$V_{i}$都相同。