运算放大器反相放大器电路设计

用于反相放大器的运算放大器电路具有高性能、易于计算的值以及电源、交流耦合等多种选项。

运算放大器反相放大器电路非常易于设计，只需极少量的附加电子元件即可实现。

在最简单的形式中，运算放大器反相放大器只需要在电子电路设计过程中使用两个额外的电阻。这使得电路非常简单易实现，同时仍能提供非常高的性能水平。

该反相放大器也可以用作虚拟地球混频器或求和放大器，但值得注意的是，该运算放大器电路的输入阻抗不如反相格式高。作为求和放大器，该运算放大器电路在混音器以及许多其他需要将电压相加的电子电路设计中有许多应用。

对于许多人来说，运算放大器反相放大器是他们最喜欢的放大器电路形式，具有简单的电路设计过程和高水平的性能。

运算放大器反相放大器电路

反相运算放大器电路的基本图非常简单，除了运算放大器集成电路本身之外，只需要几个电子元件。

显然，该电路基于一个运算放大器，运算放大器是一个具有两个输入的差分放大器：反相和同相。

该电路由一个从输入端到电路反相输入端的电阻和另一个从输出端连接到运算放大器反相输入端的电阻组成。同相输入接地。

基本反相运算放大器电路

在该运算放大器电路中，反馈由从输出到反相输入的电阻和从反相输入到地的总电阻(即输入电阻以及信号源的源电阻)决定。

反相放大器增益

反相放大器电路的主要特性之一是它产生的总增益。这很容易计算。

确定该运算放大器电路的增益很简单。电压增益Av实际上是输出电压(Vout)除以输入电压(Vin)，即输出电压大于输入电压的次数。

确定电压增益的公式也很容易。由于运算放大器的输入不吸收电流，这意味着流经电阻R1和R2的电流相同。使用欧姆定律 Vout /R2 = -Vin/R1。因此，电路Av的电压增益可以计算为：

和在=−R2R1Av=-R2R1

哪里：

Av = 电压增益

R2为反馈电阻值

R1为输入电阻值

例如，当两个电阻之间的比率为10时，R2为47 kΩ，R1为4.7 kΩ，因此可以构建需要10增益的放大器。同样，使用R2的33kΩ电阻和R1的3.3kΩ电阻可以获得相同的增益。

虽然几乎可以为R1和R2选择任何一组值，但实际选择的关键通常取决于其他方面，如我们将在下面看到的输入电阻，以及将电阻值保持在合理的范围内，详见下面的提示和技巧部分。

反相放大器输入阻抗

通常需要知道电路的输入阻抗，在这种情况下是反相放大器。具有低输入阻抗的电路可能会加载前一个电路的输出，并且如果耦合电容不大，则可能会产生诸如改变频率响应之类的效应。

确定反相运算放大器电路的输入阻抗非常简单。它只是输入电阻R1的值。

反相放大器虚拟地球说明

很容易解释为什么放大器电路的输入阻抗等于R1。

同相输入接地，因此在地电位时正确。

运算放大器的增益非常高，这意味着对于电源轨电压内的输出(模拟放大器)，反相和同相输入之间的电压差必须非常小。由于同相输入位于地电位，因此反相输入必须几乎地位。正是由于这个原因，该电路有时被称为虚拟接地放大器。

带运算放大器芯片的运算放大器反相放大器

运算放大器反相放大器设计提示和技巧

运算放大器反相放大器非常容易设计，但与任何设计一样，有一些提示和技巧可以使用。

不要让 R2 太高： 虽然运算放大器的输入阻抗很高，但在任何运算放大器电路中，最好确保R2的值不要选择得太高，否则其他电路效应可能会使其负载，增益值可能不是预期的。通常明智的做法是将R2的值保持在100kΩ以下，作为粗略的经验法则。

不要将 R1 设置得太低： 在该运算放大器电路中，不要使R1值过低也是明智的。请记住，它决定了反相放大器电路的输入电阻。如果交流耦合输入电路，则需要选择串联耦合电容器的值，使其电抗在所需的最低频率下足够低。降低R1的值会增加所需的电容器值。此外，使R1过低会增加前一级的负载。

记住带宽： 尽管运算放大器具有很高的增益值，但随着频率的增加，增益值开始下降。即使反相放大器中有反馈，也需要考虑增益带宽积。不要试图从单级运算放大器电路中获得太多增益，否则频率响应可能会受到影响。

这些只是运算放大器反相放大器电路设计的三个技巧，多年来一直被发现很有用。主要概念是对在异常情况下电路中可能发生的事情保持开放的心态。它还有助于避免将电路设计延伸得太远，对单个级的期望过高。在设计电路时牢记技巧和要点有助于避免以后出现问题。

反相放大器单端操作

运算放大器电路通常采用差分电源供电，例如+12V和-12V。这在许多应用中是完全可以接受的，但在许多电子电路设计中，可能只有一个电源可用。

在这些情况下，实现所谓的反相放大器运算放大器电路的单端版本相对容易 - 这仅使用一个电源和地。

采用单端电源的运算放大器反相放大器

与双电源轨版本相比，用于反相放大器电路的运算放大器电路的单电压电源版本使用更多的元件，但放大器元件的设计保持不变。

实际上，为同相输入创建了一个中间点。通过这种方式，运算放大器看到的条件与采用双电源工作的条件相同。

电子电路设计过程中需要注意的几点：

半供应点： 电源电压一半的点设置为连接到同相输入。这是由电阻R3和R4组成的分压器链产生的。鉴于运算放大器的高输入阻抗，可以使用47kΩ的值 - 运算放大器输入所需的电流很小，这些值对于大多数运算放大器都是有利的。如果选择的值过高，则反相输入的阻抗可能会抵消电压。

解耦：半电源轨电源需要去耦至地，因为反相输入需要显示为信号接地，同时还要保持在半电源电压。选择电容C1的值，使其阻抗与电阻R3和R4在所需的最低频率下相同 - 这在该频率下给出-3dB点。如果需要低于此值的完全平坦的响应，则必须使用更大的电容器。

通过为R3和R4设置相对高值的电阻，电容的值不需要太高就可以获得低频率断点的值。

半轨电压选择： 选择半轨电压接近电源轨的50%。通过这种方式，电路将实现最大的输出电压上下摆动，而不会削波。

必须注意确保总电源轨电压足以使运算放大器正常工作 - 请参阅数据手册，确保所选电源轨值对于所选的运算放大器来说是可接受的。

电路耦合：单端电压轨运算放大器反相放大器需要交流耦合的输入。应选择电容C2和C3，以通过最低信号频率，而不会产生过度衰减。

应选择这些电容器，使其阻抗与所需最低频率下的电路阻抗相匹配。这使得该点成为每个电路的-3dB点。

请记住，假设电路由低阻抗源驱动，电路的输入阻抗可以是R2的输入阻抗。对于输出电路，可以假设运算放大器的阻抗为零，因此输出电路的电阻或阻抗是预期负载的电阻或阻抗。

运算放大器电路的单端电源轨版本适用于只有一个电源轨的应用。通常，采用电池电源供电的电路只有一个电源，这种解决方案通常用于这些应用。

有些运算放大器设计为在单端模式下工作，但可用的运算放大器可以采用这种方法。

运算放大器是差分放大器，因此有两个输入：对于反相放大器，来自输出和输入信号的负反馈都施加到反相输入，而同相输入则接地。

用于反相放大器的运算放大器电路具有许多优点，包括相对较低的输入阻抗、低输出阻抗和所需的增益水平(在运算放大器和整个电路所需增益的限制范围内)。它还需要很少的电子元件来产生高性能电路。