同相放大运放电路分析和反相放大运放电路分析

运放是模拟电源反馈及各种信号调理电路常用的器件，根据输入信号连接到运放的同相端还是反相端，我们可以将其分为同相输入放大电路，和反相输入放大电路。这两种放大电路有什么区别呢，或者有什么优缺点呢?本文就这一基本话题进行讨论。

一.同相放大运放电路分析

同相放大的运放中，输入信号是和运放的同相端连接的，信号源面对的是一个无穷大的阻抗，如图一所示。

图1 同相放大运放的示意图

根据理想运放的特性，两个输入端的输入阻抗均为高阻抗，所以运放输入引脚上的电流为0，同时又由于运放两端的电压是相同的，所以负输入端电压为VIN.此时，我们可以根据电阻分压关系求出VIN和VOUT之间的关系。



图2 同相放大的运放的输入输出关系

从上图2可知，输出比输入的增益是永远大于1的，所以输出信号永远是大于输入信号的，而这一点在电路使用中会受到一定的限制，所以在电源反馈电路中比较少见。

同样的，我们通过图2的基本关系，可以知道，当RF远小于RG时，或者RG远大于RF时，输入信号VIN就等于输出信号VOUT,这时候运放就是一个单倍增益的运放(同相放大)。



图3 同相单倍增益运放输入和输出关系

此时对应的电路形态就是RG无穷大阻抗(开路)，RF无穷小阻抗(短路)，相当于输入反相端和输出直接短路相连接即可。

这里值得注意的是RF这个电阻在电流反馈放大运放中，是永远不可以去除的，因为涉及到运放稳定性，有关电流反馈放大运放的话题我们后面会去探讨。而在有的电压反馈运放电路中，也会保留RF电阻，这样可以限制流过输入ESD电路的电流。

二.反相放大运放电路分析

图4 反向放大运放示意图

反向放大运放输入信号通过RG1电阻接到反相放大输入端，同时输出信号也通过反馈电阻RF1接到反相输入端，同相端我们放置一个参考电压VREF。

经过推导后，我们得到直流工作点的输入和输出关系为，图5所示。



图5 反相放大运放电路的直流输入输出关系

当我们仅仅分析直流工作点下的小信号扰动时，我们可以将VREF视为0，则可以看到基本关系变为图6所示。



图6 小信号状态下的反相运放的输入输出关系

从图6中可知，反相输入时，运放的增益可以大于1也可以小于1，这取决于RF和RG的值的相对关系，而和运放本身的参数无关。由于是反相放大，因此输出和输入之间有一个负号(180度相移)。

这个电路，如果仅从交流小信号来说，输入同相端是接地的，那么信号输入阻抗为RG所决定。

总结，通过分析同相放大和反相放大运放的增益关系差异，同时引出单倍增益运放的概念，且分析了反馈电阻和增益电阻的主要作用，对理解运放基本反馈放大电路有一定的帮助。你理解了吗