运算放大器基础知识：同相放大器

一路上

前言

在运算放大器电路中，还有另一种常见的电路，叫做：同相放大器。在这种电路中，输入电压信号（VIN）直接施加到同相（+）输入端子，这意味着与“反相放大器”电路相比，放大器的输出增益的值变为“正”我们在上一个教程中看到其输出增益为负值。其结果是输出信号与输入信号“同相”。

非反相运算放大器的反馈控制是通过将一小部分输出电压信号 通过Rf-R2分压器网络加回到反相（-）输入端来实现的，从而再次产生负反馈。如图所示，这种闭环电路可产生具有非常好的稳定性，非常高的输入阻抗Rin接近无穷大的同相放大器电路，因为没有电流流入正输入端子（理想条件），并且输出阻抗Rout很低，如图所示下面。

同相放大器电路

英锐恩单片机开发工程师表示，相对于理想运算放大器，“无电流流入放大器的输入端子”，而“ V1始终等于V2”。这是因为输入和反馈信号（V1）的结点处于相同电位。

换句话说，连接点是“虚拟地球”的总和。由于该虚拟接地节点，电阻Rf和R2在非反相放大器上形成一个简单的分压器网络，电路的电压增益由R2和Rf的比值确定，如下所示。

等效电位分压器电路

然后，使用该公式计算分压器网络的输出电压，我们可以计算出同相放大器的闭环电压增益（A V），如下所示：

然后，同相放大器的闭环电压增益将为：

从上式可以看出，同相放大器的总闭环增益将始终大于但不小于一个（单位），本质上是正的，并且取决于Rf的值之比和R2。

如果反馈电阻Rf的值为零，则放大器的增益将完全等于1（单位）。如果电阻R2为零，则增益将接近无穷大，但实际上，它将限于运算放大器的开环差分增益（A O）。

通过简单地改变输入连接，我们可以很容易地将反相运算放大器电路转换为同相放大器电路。

电压跟随器（单位增益缓冲器）

如果我们使反馈电阻Rf等于零（Rf= 0），并且使电阻R2等于无穷大（R2 = ∞），则电路将具有固定的增益“1”，因为所有输出电压均为出现在反相输入端子上（负反馈）。然后，这将产生一种特殊类型的同相放大器电路，称为电压跟随器或也称为“单位增益缓冲器”。

由于输入信号直接连接到放大器的同相输入，因此输出信号不反相，导致输出电压等于输入电压Vout = Vin。然后，由于其隔离特性，电压跟随器电路成为理想的单位增益缓冲器电路。

单位增益电压跟随器的优点是，当阻抗匹配或电路隔离比放大更为重要时，可以使用它，因为它可以保持信号电压。电压跟随器电路的输入阻抗非常高，通常大于1MΩ，因为它等于运算放大器的输入阻抗乘以其增益（Rin x A O）。而且，由于假定了理想的运算放大器条件，其输出阻抗也非常低。

同相电压跟随器

在这种同相电路中，输入阻抗Rin已增加到无穷大，反馈阻抗Rf减小到了零。输出直接连接回负反相输入，因此反馈为100％，Vin刚好等于Vout，从而使其固定增益为1或1。当输入电压Vin施加到同相输入时，放大器的增益为：

由于没有电流流入同相输入端子，因此输入阻抗是无限的（理想运算放大器），并且也没有电流流过反馈回路，因此任何电阻值都可以放置在反馈回路中，而不会影响电路的特性由于没有耗散电压，因此零电流流动，零电压降，零功率损耗。

由于输入电流为零，输入功率为零，因此电压跟随器可以提供较大的功率增益。但是，在大多数实际的单位增益缓冲电路中，需要一个低阻值（通常为1kΩ）的电阻来减小任何失调输入泄漏电流，并且如果运算放大器是电流反馈型的，也是如此。

电压跟随器或单位增益缓冲器是一种特殊且非常有用的同相放大器电路，通常用于电子设备中以将电路彼此隔离，特别是在高阶状态变量或Sallen-Key型有源滤波器中将一个滤波器分开从另一个阶段。可用的典型数字缓冲器IC是74LS125四通道三态缓冲器或更常见的74LS244八进制缓冲器。

最后一个想法，电压跟随器电路的闭环电压增益为“1”。没有反馈的运算放大器的开环电压增益为无穷大。然后，通过仔细选择反馈分量，我们可以控制同相放大器产生的增益量，范围从1到无穷大。

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