同相运算放大器

1、概述

施加到运算放大器的电压信号可以提供给其同相输入端 (+) 或反相输入端 (-)。 这些不同的配置简称为同相运算放大器和反相运算放大器。 在本文中，我们重点关注同相配置并介绍其详细信息。

第一部分将通过理想放大器的概念概述同相运算放大器。

在第二部分中，讨论了实际的同相配置，我们演示了描述增益和输入/输出阻抗的方程。

最后，最后一节给出了基于同相配置的电路示例。

2、理想的同相运算放大器

本节的目标是正确演示和解释同相配置的理想特性，例如其输入/输出阻抗和增益。 理想同相运算放大器的电路表示如下图 1 所示。

请注意，符号$\infty$强调了运算放大器在这里被认为是理想的这一事实。 我们强烈建议读者参考本系列文章的运算放大器基础知识教程。

图1：理想的同相运算放大器电路

在此理想模型中，由连接反相和同相输入的电阻（图 3 中的 $R_i$）以及电阻器 $R_1$ 和 $R_2$ 的贡献定义的输入阻抗是无穷大。 此外，对于理想电路，$R_i$ 应该是无穷大，因此，由于开路的存在，没有电流可以通过任何输入进入运算放大器。

这一观察结果还可以总结为：将反相输入与电阻 $R_1$ 和 $R_2$ 互连的节点是虚拟短路。 出于同样的原因，$R_1(I)$上的所有反馈电流也可以在 $R_2$ 上找到。

对于理想模型，差分信号 $V_{+}-V_{–}$ 只能等于 0，以便在乘以无限开环增益时产生有限输出 $V_{out}$，从而保证了 $V_{+}=V_{–}=V_{in}$ 等式。

我们可以看到连接到反相输入的分支充当分压器电路：

图2：被视为分压器电路的反相支路

根据分压器公式，我们可以将反相电压$V_{–}$表示为输出电压和电阻的函数：

等式1：V–的分压器公式

由于$V_{–}=V_{in}$，经过一些简化，我们证明了理想同相配置的闭环$A_{CL}$增益的表达式：

等式2：理想同相运算放大器的闭环增益

我们可以注意到，等式2 中给出的理想增益严格为正且高于 1，这意味着输出信号被放大并且与输入信号同相。

3、实际同相运算放大器

在实际的运算放大器电路中，输入 ($Z_{in}$) 和输出 ($Z_{out}$) 阻抗并未理想化为分别等于 $+\infty$ 和 $0\Omega$。 相反，输入阻抗具有较高但有限的值，输出阻抗具有较低但非零值。

同相配置仍然与图 1 所示的配置相同。

图3：实际运算放大器的内部等效电路

请注意，$R_i$ 和 $R_o$ 可以分别描述为没有任何反馈环路（开环配置）的运算放大器的输入和输出阻抗。

3.1 闭环增益

对于非反相配置，等式1 仍然适用于 V –