反相放大器

電子電路中的運算放大器，有同相輸入端和反相輸入端，輸入端的極性和輸出端是同一極性的就是同相放大器，而輸入端的極性和輸出端相反極性的則稱為反相放大器。反相放大器電路具有放大輸入信號並反相輸出的功能。

基本介紹

• 中文名：反相放大器
• 外文名：Inverting Amplifier
• 功能：具有放大輸入信號並反相輸出
• 實質：輸入端的極性和輸出端相反極性
• 作用：CMOS電路中的基本增益級
• 套用學科：儀器科學、電子科學、物理學

原理簡介

如圖所示，反相放大器電路具有放大輸入信號並反相輸出的功能。“反相”的意思是正、負號顛倒。這個放大 器套用了負反饋技術。所謂負反饋，即將輸出信號的一部分返回到輸入，在圖所示電路中，象把輸出Vout經由R2 連線（返回）到反相輸入端（-)的連線方法就是負反饋。

運算放大器具有以下特點，當輸出端不加電源電壓時，正相輸入端（+)和反相輸入端（-)被認為施加了相同的電壓，也就是說可以認為是虛短路。所以，當正相輸入端 (+)為0V時，A點的電壓也為0V。

運算放大器的輸入阻抗極高，反相輸入端（-)中基本上沒有電流。因此，當I_e經由A點流向R₂時，I₁和I₂電流基本相等。由以上條件，對R2使用歐姆定律，則得出V_out=- I₁xR₂。I₁為負是因為I₂從電壓為0V的點A 流出。換一個角度來看，當反相輸入端（-)的輸入電壓上升時，輸出會被反相，向負方向大幅度放大。由於這 個負方向的輸出電壓經由R₂與反相輸入端相連，因此，會使反相輸入端（-)的電壓上升受阻。反相輸入端和正 相輸入端電壓都變為0V，輸出電壓穩定。

通過這個放大器電路中輸入與輸出的關係來計算一下增益。增益是V_out和V_in的比，即 Vout/Vin= (-I₁xR₂) / (I₁xR₁) =- R₂/R₁。所得增益為-，表示波形反相。

作用

反相器是CMOS電路中的基本增益級，採用共源結構，負載可以是有源負載或者電流源。

反相比例放大電路

典型電路設計

用一個集成運放、一個51K電阻、一個255K電阻、一個18K電阻和一個82K電阻構成一個帶有部分正反饋的反向比例運算放大器。引入部分正反饋可以實現高增益放大，具體結構描述如下：

1、組成基本負反饋放大器部分：51K電阻一頭接輸入端，另一頭接在運放的反向輸入端，255K電阻一頭接在運放反向輸入端，另一頭接在運放輸出端。18K電阻一頭接在運放的同向輸入端，另一頭接地,基本負反饋放大器部分的增益為5。

2、進一步組成帶有部分正反饋的反向比例運算放大器：在上述基本負反饋放大器基礎上再添加一個 82K正反饋電阻，電阻一頭接在運放的同向輸入端，另一頭接在運放輸出端即可，它的正反饋係數為K=18/（18+82）=0.18.這樣的話輸入電阻約 為51K（如果覺得輸入電阻太大，則可用49.9K和249K電阻分別取代51K和255K電阻）放大倍數為A/(1-A*K)=5 /(1-5*0.18)=5/0.1=50。

套用

積分器

將原來反相放大器R₂電阻，換成一顆電容器C_{2 ，} 此時輸入信號V_i與輸出信號V_o之關係，形成一積分關係。

微分器

將原來反相放大器R₁電阻，換成一顆電電容器C ，此時輸入信號V_i與輸出信號V_o之關係，即變形成一微分關係。

加法器

若將反相放大器稍微變化一下，此時輸入信號與輸出信號V_o之關係，若R₁ = R₂ = R₃ =...= R_n = R_f，就可簡化為V_o =－(V₁+V₂+V₃+...+V_n)，形成一加法關係。