25、运算放大器的闭环电路应用详析

运算放大器的闭环电路应用详析

在电子电路领域，运算放大器（op - amp）是一种极为重要的元件，其在闭环电路中的应用丰富多样，能够实现多种不同的功能。接下来，我们将深入探讨运算放大器在各类闭环电路中的特性、工作原理及应用场景。

1. 同相放大器

同相放大器是运算放大器的一种常见应用。当(V−)超过某个值时，(Vout)开始减小，最终当(V+ ≃V−)时电路达到稳定。在设计中，通常假设(V+ = V−) 。通过对相关方程进行整理和组合，可以得到输出电压的表达式：
[Vout = \left(1 + \frac{R2}{R1}\right)Vin]
闭环增益为(A = 1 + \frac{R2}{R1}) 。同相放大器具有诸多优点：
- 电路简单 ：相较于晶体管电路，无需考虑偏置问题，只需要确定两个电阻的值。
- 电压适应性强 ：能够放大任何电压，包括正电压、负电压、恒定电压或可变电压，只要输出不超过电源电压。
- 高输入阻抗 ：不会产生负载效应，避免了对前级电路的影响。

同相放大器的电流来自外部电源，当(Vout)为负时，运算放大器会吸收电流，这是因为其电源中有一个是负电源。

2. 跟随器

同相放大器良好的阻抗匹配特性引发了一个问题：能否仅将其用于阻抗匹配？答案是肯定的。只需令(R2 = 0)且(R1 = ∞)，此时增益(A = 1)，即(Vout = Vin)，这种电路也被称为缓冲器。

缓冲器具有很大的输入阻抗（基于FET的运算放大器为(10^{12}Ω