運(yùn)算放大器基本上是包括兩個輸入和一個輸出的高增益多級差分放大器。典型的運(yùn)算放大器有兩種配置，如反相運(yùn)算放大器和同相運(yùn)算放大器。在運(yùn)算放大器中，同相端標(biāo)有(+)號，反相端標(biāo)有(-)號，也稱為正負(fù)端。本文將簡單介紹同相運(yùn)算放大器的工作原理和計算公式。

同相運(yùn)算放大器的概念

很簡單，當(dāng)運(yùn)算放大器的輸出與輸入信號同相時，它被稱為同相運(yùn)算放大器。在同相放大器中，輸入信號被施加到運(yùn)算放大器的+ve 端。同相放大器產(chǎn)生放大的輸出信號，該信號與施加的輸入信號同相。

同相運(yùn)算放大器工作原理

同相放大器的工作原理類似于電壓跟隨器電路，因為該電路使用負(fù)反饋連接。因此它將輸出信號的一部分作為反饋給反相輸入端，而不是給出完整的輸出信號。該運(yùn)算放大器的補(bǔ)充是反相運(yùn)算放大器，它產(chǎn)生180°異相的輸出信號。

如下圖所示，是一個典型的同相運(yùn)算放大器電路圖，可以看出，輸出電壓信號通過一個電阻器提供給運(yùn)算放大器的反相端子 (-)，，另一個電阻器接地。

此外，具有兩種電阻器的分壓器將向運(yùn)算放大器電路的反相引腳提供一小部分輸出。這兩個電阻將為運(yùn)算放大器提供必要的反饋。

同相運(yùn)算放大器電壓增益

運(yùn)算放大器的放大主要取決于分壓器配置中連接的兩個反饋電阻，如R1和R2。這里，R1電阻稱為反饋電阻 (Rf)。提供給運(yùn)算放大器反相引腳的分壓器的輸出等效于Vin，因為分壓器的Vin和結(jié)點位于相似的接地節(jié)點上。所以，Vout取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。

同相運(yùn)算放大器通過電流規(guī)則和電壓規(guī)則等兩條規(guī)則工作。電流規(guī)則指出沒有電流流向運(yùn)算放大器的輸入，而電壓規(guī)則則指出運(yùn)算放大器電壓試圖確保兩個運(yùn)算放大器輸入之間的電壓差異為零。

在上圖同相運(yùn)算放大器電路中，一旦電壓規(guī)則應(yīng)用于該電路，反相輸入端的電壓將與同相輸入端相同，所以施加的電壓將為Vin。

通過R1電阻的電流可以表示為“ Vin/R1 ”。

根據(jù)電流規(guī)則，兩個輸入都不消耗電流，因此電流將流經(jīng)R2。

之后，輸出電壓 (Vo) 可以為Vout = Vin + (Vin/R1)*R2。那么，同相運(yùn)算放大器增益公式為Av = Vout/Vin = 1+ (R2/R1)。

此處，增益值不應(yīng)< 1。因此，同相運(yùn)算放大器將產(chǎn)生一個放大信號，該信號通過輸入同相。

在上面的等式中，Av=運(yùn)算放大器的電壓增益，R2是一個反饋電阻，R1是一個接地電阻。

1、輸入阻抗

在同相運(yùn)算放大器電路中，輸入阻抗 (Zin) 可以使用以下公式計算：

Zin = ( 1+ Aα β)*Zi

其中，“Aα”是一個開環(huán)電壓增益，'Zi' 是運(yùn)算放大器的輸入阻抗，不使用反饋，'β' 是一個反饋因子。

同相放大器的反饋因子可以計算為：

β = R2/(R1+R2)

β = 1/ ACL

因此，對于同相運(yùn)算放大器電路，輸入阻抗 (Zin) 可以計算為

Zin = ((1 + (Aα / ACL))*Z1

2、輸出阻抗

輸出阻抗可以計算為：

Zout = Zo/(1+ Aα β)

由于反饋因子β = 1/ACL，所以，輸出阻抗可以計算為：

ZOUT = Zo /(1 + (Aα /ACL))

同相運(yùn)算放大器波形

同相運(yùn)放波形的輸入輸出波形如下圖所示。需要改變的信號被提供給運(yùn)算放大器的+ve 端子，而-ve 端子在R1電阻器的幫助下連接到GND。輸入 (Vin) 和輸出 (Vout) 電壓在同相內(nèi)，因此它們的相位差為0度或 360度。

所以正號表示輸入和輸出之間沒有相移。電壓增益取決于兩個電阻R1和Rf。通過改變兩個電阻的值，可以調(diào)整所需的增益。

具有兩個電壓源的同相運(yùn)算放大器實例

包括兩個電壓源配置的同相運(yùn)算放大器稱為求和放大器或加法器。所以這是運(yùn)算放大器最重要的應(yīng)用之一。在求和放大器電路中，使用了多個電壓源。

同相求和放大器電路使用同相運(yùn)算放大器電路的配置。在這種情況下，輸入被提供給非反相端子，而必要的負(fù)反饋和增益可以通過將o/p信號的某些部分作為反饋給反相端子來獲得。

同相求和放大器電路的主要優(yōu)點是輸入端沒有有效的接地條件。其輸入阻抗遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)反相放大器配置。因此，具有兩個電壓源的同相運(yùn)算放大器中的電流可以定義為：

根據(jù)KCL基爾霍夫電流定律：

IR1 + IR2 = 0

(V1-V+/R1) + (V2-V+/R2 = 0

上式可以寫成：

(V1/R1-V+/R1) + (V2/R2-V+/R2) = 0

如果使上述兩個電阻相等，則R1=R2=R，則有：

V+ = (V1/R + V2/R)(1/R+1/R) => (V1+V2/R)/2/R

因此，V+ = (V1 + V2/2)

另外，同相求和放大器電路的典型電壓增益方程可以表示為：

Av = Vout/Vin = Vout/V+ = 1+RA/RB

Vout = (1+RA/RB)*V+

因此，Vout = (1+RA/RB) V+V2/2

同相放大器的閉環(huán)電壓增益為AV，由 (1 + R /R) 給出。如果使R=R使其等于2，則Vout等于所有輸入電壓之和，即：

Vout = (1+RA/RB) V+V2/2

如果 RA = RB，那么，Vout = (1+1) V+V2/2 => 2 (V1+V2)/2

所以，Vout = V+V2

同樣，對于3個輸入電壓同相求和放大器配置，閉環(huán)電壓增益設(shè)置為3，以使輸出電壓等于3個輸入電壓之和，比如V1、V2和V3。

同相運(yùn)算放大器主要優(yōu)勢

同相運(yùn)算放大器主要包括以下幾點優(yōu)勢：

可以在沒有相位反轉(zhuǎn)的情況下獲得輸出信號。

電壓增益是可變的。

電壓增益為正。

可以獲得更好的阻抗匹配。

與反相放大器相比，i/p的阻抗值較高。

常用于不同的電子設(shè)備。

同相運(yùn)算放大器主要缺點

同相運(yùn)算放大器的缺點主要包括以下幾點：

與反相運(yùn)算放大器相比，同相運(yùn)算放大器不能為系統(tǒng)提供更高的穩(wěn)定性。

根據(jù)獲得所需增益的必要性來使用級數(shù)。

根據(jù)特定的放大器，輸入和輸出電阻會發(fā)生變化。

放大電路沒有虛地，所以共模電壓大，抗干擾能力比較差。這樣運(yùn)算放大器就需要更高的共模抑制比，而另一個缺點是放大倍數(shù)只能大于1。

同相運(yùn)算放大器的應(yīng)用

同反相運(yùn)算放大器的應(yīng)有主要包括以下價格方面：

用于需要高輸入阻抗的地方。

將輸出作為反相器提供給反相輸入，用作電壓跟隨器。

用于隔離特定的級聯(lián)電路。

適用于通過 i/p的相位內(nèi)需要放大o/p的情況。

用于像加法器一樣執(zhí)行數(shù)學(xué)刺激。

總結(jié)

以上就是關(guān)于同相運(yùn)算放大器的概述，主要包括其配置、電壓增益、輸入和輸出阻抗、應(yīng)用問示例等基本內(nèi)容。

簡單來說，同相運(yùn)算放大器的增益為正值，輸出與輸入信號同相，從而產(chǎn)生放大的輸出信號。