同相比例放大器的原理与检测方法

同相比例放大器的原理与检测方法集成运算放大器按其技术指标可分为通用型、高速型、高阻型、低功耗型、大功率型、高精度型等；按其内部电路可分为双极型（由晶体管组成）和单极型（由场效应管组成）；按每一集成片中运算放大器的数目可分为单运放、双运放和四运放。通常是根据实际要求来选用运算放大器。如测量放大器的输入信号微弱，它的第一级应选用高输入电阻、高共模抑制比、高开环电压放大倍数、低失调电压及低温度漂移的运算放大器。选好后，根据管脚图和符号图联结外部电路，包括电源、外接偏置电阻、消震电路及凋零电路等。1、同相放大器的几种电路形式和特点图1同相放大电路、电压跟随器电路上图a电路为同相放大器的典型电路形式。输入信号进入放大器的同相端，输出信号与输入信号同相位，电路的电压放大倍数=1+R2/R3，放大量大小取决于R2与R3的比值。R1的选取值为R2/R3的并联值（若忽略两输入端微弱偏置电流不一致对放大精度的影响和取同值电阻的方便性，实际电路中，也可以使R1=R3）。该电路当R2短接或R3开路时，输出信号与输入信号的相位一致且大小相等，因而a电路可进一步“进化”为b、c电路。b、c为电压跟随器电路，输出电压完全跟踪于输入电路的幅度与相位，故电压放大倍数为1，虽无电压放大倍数，但有一定的电流输出能力。电路起到了阻抗变换作用，提升电路的带负载能力，将一个高阻抗信号源转换成为一个低阻抗信号源。减弱信号输入回路高阻抗和输出回路低阻抗的相互影响，又起到对输入、输入回路的隔离和缓冲作用。只要求输出正极性信号时，也可以采用单电源供电。a、b、c等电路，也在故障检测电路中，被用于模拟信号的放大、基准电压信号的处理等。2、同相放大器电路的检测方法1）、如图1所示的反相放大器的特性（以图1中的a电路为例）：现在引入运算放大器的第三个特性——“虚断”特性。因为运算放大器的输入阻抗较大，其偏置电流可以视为零，好像输入端与内部电路断开一样，称为“虚断”特性。所以在输入电阻R1不会产生电压降，即同相端输入电压值等于R1左端的信号电压值；由“电路所完成的最后控制结果，即两输入端的电压值相等”这个特性，或两输入端之间的“虚短”特性，当输入信号变化时，其输出电压值的变化趋势，总是使R2、R3的分压点电压值与输入电压值相等。可以推知：当取R2=R3时，a同相放大器电路为输入电压的2倍压放大电路；当取R2R3时，a同相放大器电路成为1倍压以上的放大电路。显然，同相放大器电路，无法做成电压比例衰减器电路。对b、c电路而言，电路控制的最后结果，是使反相端和输出端的电压值与同相输入端的电压值相等，即具有电压跟随器的电路特性。注意，同相放大器不再有“虚地”特性，仅适用于“虚短”、“虚断”两路特性进行分析。2）测量方法：a、对同相放大器电路，因输出电压幅度与极性线性跟踪于输入电压值，可由R3、R2的比值大致推算出电压放大倍数，由输入电压、输出电压值的关系是否成立，判断电路是否正常；也可以采用人为使输入端电压发生变化，检测输出端电压是否有相应变化，来判断电路的好坏。b、对电压跟随器电路，输出电压完全与输入电压值相等，比较易于检测和判断。3）故障判断：同相放大器已经不再“虚地”，但两个输入端子仍是“虚短”的。虽然输入电压信号——两个输入端子对地电压值不一定是0V，但检测两个输入端子之间的电压差仍为“极其接近0V”的0V，如果对地分别测量两个端子的电压值，都应该与R1左端的输入信号值相等。两个端子之间出现0.3V以上的电位差，或R1两端有了明显的电压降，均说明运放电路已经损坏。