如果輸入信號(hào)進(jìn)入反相輸入端,并且是工作于閉環(huán)狀態(tài)的,其輸入、輸出電壓信號(hào)的變化趨勢(shì)是相反的,即構(gòu)成反相放大器電路。如圖1所示,仍然采用創(chuàng)意原理符號(hào)繪圖。后文中為了圖形簡(jiǎn)潔,對(duì)于反相放大器,有時(shí)省略掉同相輸入端偏置電路,而使同相輸入端直接接地。
圖1 反相放大器的三種基本電路形式
反相放大器,系同相端接地(或經(jīng)偏置電阻接地),輸入信號(hào)從反相輸入端進(jìn)入的電路結(jié)構(gòu)。由兩輸入端“虛短”關(guān)系,(因同相端接地之緣故)又可導(dǎo)出“虛地”概念,而此概念僅指反相放大器而言。因設(shè)計(jì)者的考慮不同,其同相端輸入端有直接接地者,也有添加偏置電阻r3而接地者,而在其分析電路原理和故障檢修時(shí)并無不同。
顯然,因其同相輸入端接地,放大器的最后控制目的,是在放大區(qū)域內(nèi),無論輸入為何信號(hào),在輸出級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整下,總是使反相輸入端變?yōu)?v地電平。上圖中,r1為輸入電阻,r2為反饋電阻,電路的電壓放大倍數(shù)=r2/r3。
就此,可得出反相放大器正常工作狀態(tài)的根本特征:
(1)兩個(gè)輸入端對(duì)地均為0v。
(2)輸入、輸入信號(hào)電壓呈反向變化趨勢(shì),大小取決于r1、r2的比例關(guān)系。
如果需要分析或得出檢測(cè)判斷,首先要確定圖中電路,何點(diǎn)是信號(hào)輸入端?
因反相放大器的“虛地”特性,運(yùn)放器件本身的兩個(gè)輸入端為0v地電平,并不隨輸入信號(hào)電壓變化而變化(或僅為瞬態(tài)變化,測(cè)量中極難捕捉),顯然,輸入電阻r1右端并非信號(hào)輸入端,而其左端才是信號(hào)輸入端,故r2/r1=-vout/vin-(r1左端輸入電壓)。
或可這樣認(rèn)為:如上圖電路中,r1兩端即為輸入電壓,r2兩端為反向的輸出電壓,對(duì)該電路電壓放大倍數(shù)及好壞,僅需用表筆搭上兩搭,就一清二楚了——vr1兩端電壓為輸入電壓;vr2兩端電壓為反向的輸出電壓。
1、反相放大器工作原理
由輸入電阻的反饋電阻的比例不同,反相放大器又可分為三種類型的電路。即:
(1)反相器。反饋電阻和輸入電阻的比例關(guān)系為:r2=r1。
(2)反相放大器。反饋電阻和輸入電阻的比例關(guān)系為:r2>r1。
(3)反相衰減器。反饋電阻和輸入電阻的比例關(guān)系為:r2<r1。
其中反相器又稱倒相器電路,因輸出、輸出變化趨勢(shì)相反、其絕對(duì)值相等而得名;反相放大器,具有信號(hào)反相和放大雙重作用;反相衰減器,具有信號(hào)反相和衰減雙重作用。三種電路均有普遍應(yīng)用。
分析其電路原理的出發(fā)點(diǎn),仍為電阻串聯(lián)分壓唱主角,運(yùn)放器件為配角。或可從輸入電流角度進(jìn)行分析亦可。如上圖,將其偏置電路單獨(dú)畫出,更能說明問題。
圖2 反相放大器三種偏置電路
上圖a電路,r1、r2組成串聯(lián)分壓電路,信號(hào)極性決定了信號(hào)電流方向,向從下往下的,即從信號(hào)端流向輸出端。因流入r1、r2的為同一電流,r1=r2,分壓點(diǎn)為0v,故可推知out端必然為-1v。輸出端的-1v(分壓點(diǎn)的0v)是由輸出級(jí)q2的導(dǎo)通程度所決定的,是據(jù)輸入信號(hào)自行調(diào)整的。
也可換個(gè)角度進(jìn)行分析。因流入r1的信號(hào)電流為+1ma,須令流經(jīng)r2的電流為-1ma,才能使其分壓點(diǎn)為0v。而運(yùn)放器件的任務(wù),就是自動(dòng)控制r2兩端電壓(或控制r2中流經(jīng)與r1等量的反向電流),使其反相輸入端變?yōu)?v(反相放大器的控制目標(biāo))而已。
由此推知,當(dāng)r2>r1時(shí),為得出流經(jīng)r2電流仍為r1等量的反向電流,而out端必然要調(diào)整輸出為-3v;當(dāng)r2<r1時(shí),為得出流經(jīng)r2電流仍為r1等量的反向電流,而out端必然要調(diào)整輸出為-0.5v。
整個(gè)運(yùn)放電路,說穿了,嗨,就是玩轉(zhuǎn)著電阻串聯(lián)分壓的一個(gè)游戲。只要掌握了電阻串聯(lián)分壓電路的分析能力,也就是找到了分析運(yùn)放電路原理的金鑰匙。
2、反相放大器故障檢修
(1)反相放大器的正常工作狀態(tài)。
即符合兩個(gè)根本特征:
a、兩個(gè)輸入端對(duì)地均為0v。
b、輸入、輸入信號(hào)電壓呈反向變化趨勢(shì),大小取決于r1、r2的比例關(guān)系。
不為此,即故障狀態(tài)。
(2)檢修同相放大器的原則仍然適用于反相放大器。
a、“虛地”原則不符合后,先按比較器原則檢測(cè),符合之,運(yùn)放器件好,外圍元件故障。
b、不符合比較器原則,則運(yùn)放器件壞。