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          運算放大器中,在輸入端放上相等的阻抗一定是對的嗎?

          作者: 時間:2024-09-19 來源:李工談元器件 收藏

          作為工程師都知道吧,那應(yīng)該經(jīng)常聽到平衡運算放大器。但是在運算器的兩個輸入端放上相等的阻抗一定是對的嗎?

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202409/463025.htm

          在二十世紀(jì)六十年代和七十年代,第一代運算放大器采用普通雙極性工藝制造。為了獲得合理的速度,差分對尾電流一般在10μA 到20μA范圍內(nèi)。而β值為40到70,故輸入偏置電流在1μA左右。

          然而,晶體管匹配度并不那么高,所以輸入偏置電流不相等,導(dǎo)致輸入偏置電流之 間有10%到20%的偏差(稱為“輸入失調(diào)電流”)。

          在同相接地輸入端增加一個與輸入電阻R1和反饋電阻R2的并聯(lián)組 合相等的電阻(下圖的R3),可以讓阻抗相等。通過一些計算可以證明,誤差降至L(offset) × R(feedback)。由于I(offset)為I(bias)的10%到20%,這將有助于降低輸出失調(diào)誤差。

          經(jīng)典反相放大器

          直流誤差

          為降低雙極性運算放大器的輸入偏置電流,許多運算放大器設(shè)計成了輸入偏置電流消除功能,OP07就是一個例子。

          輸入偏置電流消除功能的增加使偏置電流大大降低,但輸入失調(diào)電流可能為剩余偏置電流的50%到100%,所以增加電阻的作用非常有限。某些情況下,增加電阻反而可能導(dǎo)致輸出誤差提高。

          噪聲

          電阻熱噪聲的計算公式為√4kTRB,故1kΩ電阻會有4 nV/√Hz的噪聲。 增加電阻會增加噪聲。

          在下圖,雖然909Ω補償電阻是值最低的電阻,但由于從該節(jié)點到輸出端的噪聲增益,它給輸出端貢獻的噪聲最多。

          R1引起的輸出噪聲為40 nV/√Hz,R2為12.6 nV/√Hz,R3為42nV/√Hz。因此,不能使用電阻。

          另一方面,如果運算放大器采用雙電源供電,并且一個電源先于另一個電源上,那么ESD網(wǎng)絡(luò)可能發(fā)生閂鎖問題。

          這種情況下,可能需要增加一定的電阻來保護器件。但若使用的話,應(yīng)在電阻上放置一 個旁路電容以減少電阻的噪聲貢獻。

          噪聲分析

          穩(wěn)定性

          所有運算放大器都有一定的輸入電容,包括差模和共模。如果運算放大器連接為跟隨器,并且在反饋路徑中放入一個電阻以平衡阻抗,那么系統(tǒng)可能容易發(fā)生振蕩。

          原因是:大反饋電阻、運算放大器的輸入電容和PC板上的雜散電容會形成一個RC低通濾波器 (LPF)。此濾波器會引起相移,并降低閉環(huán)系統(tǒng)的相位裕量。如果降低得太多,運算放大器就會振蕩。

          在一個1HzSallen-Key 低通濾波器電路中使用AD8628 CMOS運算放大器。由于轉(zhuǎn)折頻率較低,電阻和電容相當(dāng)大。輸入電阻為470kΩ,所以在反饋路徑中放入一個470kΩ電阻。

          此電阻與8pF的輸入電容一起提供一個42kHz的極點。AD8628的增益帶寬積為2MHz,因此它在42kHz仍有大量增益,并發(fā)生了軌到軌振蕩。把470kΩ電阻換成0Ω跳線即解決了問題。

          因此,反饋路徑中應(yīng)避免使用大電阻。

          對于高頻運算放大器,例如增益帶寬積超過400 MHz的 ADA4817-1,1kΩ反饋電阻就稱得上是大電阻。所以必須要好好查詢數(shù)據(jù)手冊才能做出判斷。

          在設(shè)計原理圖時,最好不能根據(jù)經(jīng)驗隨便取值。

          關(guān)于是否需要增加平衡電阻,如果是帶有輸入偏置電流消除功能的CMOS、JFET或雙極型運算放大器,那么可能不需要增加。



          關(guān)鍵詞: 741運算放大器 輸入端電阻

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