快看點丨【干貨】運放放大器的負反饋和緩沖器

1.引言

運放放大器，簡稱運放，是常用的高精度微小信號放大器。典型的運放具有一個同相輸入端，一個反相輸入端，兩個直流電源引腳（正極和負極0，一個輸出端和附加的調零引腳。

1.1 工作原理

【資料圖】

如果反相端V-的電壓比同相端V+的電壓高，輸出端的電壓將趨于負電源電壓-V。反之，如果V+ > V-，輸出電壓將趨于正電源電壓+V，也就是說，只要兩個輸入電壓有微小的不同，運放會有最大輸出電壓。

1.2 基本公式

Vout=A0(V+-V-)

上面是輸出電壓V+（同相端），V-（反相端）和運放的開環放大倍數（A0）的函數關系。

1.3 負反饋

運放的負反饋是指放大器輸出端的信號通過反饋網絡連接到其反相輸入端。反饋網絡可以是一根導線，將輸出端直接連接到反相端；反饋網絡也可以是電阻、電容或其他負責網絡。

下面對運放的負反饋的實例進行總結。

2.緩沖器（跟隨器）

說明：電壓跟隨器是共集電極電路，信號從基極輸入，射極輸出，故又稱射極輸出器?；鶚O電壓與集電極電壓相位相同，即輸入電壓與輸出電壓同相。

主要特點：高輸入電阻、低輸出電阻、電壓增益近似為1，所以叫做電壓跟隨器。

圖中，靠近同相端的引腳5接VCC；4如果接負電源（VEE）則輸出為雙極性信號，如果接地（GND）則輸出為單極性信號。即接雙極性電源輸出雙極性信號，接單極性電源輸出單極性信號。

電壓跟隨器的作用：

可以用它在電路中起到阻抗匹配的作用，能夠使得后一級的放大電路更好的工作。極端一點理解，當輸入阻抗很高時，就相當于對前級電路開路，當輸出阻抗很低時，對后級電路就相當于一個恒壓源，即輸出電壓不受后級電路阻抗影響。一個對前級電路相當于開路，輸出電壓又不受后級阻抗影響的電路當然具備隔離作用，即使前、后級電路之間互不影響。所以，電壓跟隨器常用作中間級，以“隔離”前后級之間的影響，此時也稱之為緩沖級?；驹磉€是利用它的輸入阻抗高和輸出阻抗低之特點，在電路中起阻抗匹配的作用。

為什么不用一段銅線代替緩沖器？

我們看一下電流，如果直接從輸入電源獲得電流 i+，大約是納安級（nA），但從運放輸出電路獲得的最大電流可以是毫安級（mA）。于是，對于1V級的信號，在有運放的電路中，電路從信號源吸收的功率大約是10^-8W，但可以向負載電路傳遞10^-3W的功率。簡而言之，運放可以提供功率增益，而一段銅線很顯然不能產生這樣的功率增益。換言之，運放是電路輸入與輸出之間的隔離級。

負載電阻值可以在若干個數量級上變化，對應的輸出電流也會變化相應的數量級，但輸出電壓和輸入電流基本不變。這樣的隔離被稱做緩沖。

3.反相放大器

說明：由歐姆定律和基爾霍夫定律，得：Gain = Vout/Vin = - R2/R1，即Vout = -R2/R1 × Vin

負號說明輸出信號和輸入信號反相（相位差180°）。如果R2=R1，放大倍數是-1，這樣可以得到單位反相增益或反相緩沖器。

4.同相放大器

說明：由歐姆定律和基爾霍夫定律，得：Gain =  Vout/Vin =1 + R4/R3，即：Vout = （1 + R4/R3）× Vin

此實例中，輸出信號與輸入信號同相。

5. 其他實例

運放負反饋電路除了以上應用電路，還有加法電路，減法電路，積分電路和微分電路，在下一期會進行這幾個的總結。